jvm管理机制

xiaoxiao2021-03-01  16

引自:JVM内存管理机制和垃圾回收机制

1、JAVA源码编译机制

    1)分析和输入字符表

    2)注解处理

    3)语义分析和生成class文件  

最后生成的class文件包括以下几个方面

1)结构信息: 包括class文件格式版本号及各部分的数量与大小的信息

2)元数据:对应于Java源码中声明与常量的信息。包含类/继承的超类/实现的接口的声明信息、域与方法声 明信息和常量池

3)方法信息:对应Java源码中语句和表达式对应的信息。包含字节码、异常处理器表、求值栈与局部变量区大小、求值栈的类型记录、调试符号信息

2、类加载机制

JAVAL类加载机制

1)Bootstrap ClassLoader

负责加载$JAVA_HOME中jre/lib/rt.jar里所有的class,由C++实现,不是ClassLoader子类

2)Extension ClassLoader

负责加载java平台中扩展功能的一些jar包,包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar或-Djava.ext.dirs指定目录下的jar包

3)App ClassLoader

负责记载classpath中指定的jar包及目录中class

4)Custom ClassLoader

属于应用程序根据自身需要自定义的ClassLoader,如tomcat、jboss都会根据j2ee规范自行实现ClassLoader

加载过程中会先检查类是否被已加载,检查顺序是自底向上,从Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐层检查,只要某个classloader已加载就视为已加载此类,保证此类只所有ClassLoader加载一次。而加载的顺序是自顶向下,也就是由上层来逐层尝试加载此类。

3、类执行机制

JVM是基于栈的体系结构来执行class字节码的。线程创建后,都会产生程序计数器(PC)和栈(Stack),程序计数器存放下一条要执行的指令在方法内的偏移量,栈中存放一个个栈帧,每个栈帧对应着每个方法的每次调用,而栈帧又是有局部变量区和操作数栈两部分组成,局部变量区用于存放方法中的局部变量和参数,操作数栈中用于存放方法执行过程中产生的中间结果。栈的结构如下图所示:

栈帧

JVM内存组成结构

JVM栈由堆、栈、本地方法栈、方法区等部分组成,结构图如下所示:

1)堆

所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配,其大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代,新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区,最后Survivor由From Space和To Space组成,结构图如下所示:

堆中对象分类

新生代。新建的对象都是用新生代分配内存,Eden空间不足的时候,会把存活的对象转移到Survivor中,新生代大小可以由-Xmn来控制,也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例

旧生代。用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象

2)栈

每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧,每个栈帧包括局部变量区和操作数栈,用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果

3)本地方法栈

用于支持native方法的执行,存储了每个native方法调用的状态

4)方法区

存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代(Permanet Generation)来存放方法区,可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值

4、GC机制

新生代的GC:

新生代通常存活时间较短,因此基于Copying算法来进行回收,所谓Copying算法就是扫描出存活的对象,并复制到一块新的完全未使用的空间中,对应于新生代,就是在Eden和From Space或To Space之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发,指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置,当有新的对象要分配内存时,用于检查空间是否足够,不够就触发GC。当连续分配对象时,对象会逐渐从eden到survivor,最后到旧生代,

用java visualVM来查看,能明显观察到新生代满了后,会把对象转移到旧生代,然后清空继续装载,当旧生代也满了后,就会报outofmemory的异常,如下图所示:

在执行机制上JVM提供了串行GC(Serial GC)、并行回收GC(Parallel Scavenge)和并行GC(ParNew)

1)串行GC

在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行,适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上,是client级别默认的GC方式,可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定

2)并行回收GC

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行,适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上,是server级别默认采用的GC方式,可用-XX:+UseParallelGC来强制指定,用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数

3)并行GC

与旧生代的并发GC配合使用

旧生代的GC:

旧生代与新生代不同,对象存活的时间比较长,比较稳定,因此采用标记(Mark)算法来进行回收,所谓标记就是扫描出存活的对象,然后再进行回收未被标记的对象,回收后对用空出的空间要么进行合并,要么标记出来便于下次进行分配,总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。在执行机制上JVM提供了串行GC(Serial MSC)、并行GC(parallel MSC)和并发GC(CMS),具体算法细节还有待进一步深入研究。

以上各种GC机制是需要组合使用的,指定方式由下表所示:

指定方式                       新生代GC方式                    旧生代GC方式


-XX:+UseSerialGC        串行GC                                串行GC


-XX:+UseParallelGC     并行回收GC                        并行GC


-XX:+UseConeMarkSweepGC    并行GC                并发GC


-XX:+UseParNewGC                并行GC                    串行GC


-XX:+UseParallelOldGC            并行回收GC            并行GC


-XX:+ UseConeMarkSweepGC  串行GC                并发GC

-XX:+UseParNewGC


不支持的组合                    1、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseParallelOldGC

                                         2、-XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialGC

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