JVM内存结构与Java内存模型

gc jvm

创建时间: 2019-05-29 19:14

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JVM内存结构
JVM的内存结构大概分为：

堆（Heap）：线程共享。所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。垃圾回收器主要管理的对象。堆内存是JVM中最大的一块。
方法区（Method Area）：线程共享。存储类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码。
方法栈（JVM Stack）：线程私有。存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口，对象指针。
本地方法栈（Native Method Stack）：线程私有。为虚拟机使用到的Native 方法服务。如Java使用c或者c++编写的接口服务时，代码在此区运行。
程序计数器（Program Counter Register）：线程私有。有些文章也翻译成PC寄存器（PC Register），同一个东西。它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。指向下一条要执行的指令。

JVM运行时数据区段

GC堆内存结构：
GC堆结构
首先，GC堆内存分为三部分：新生代，老年代，永久代。新生代做复制清理、老年代做的是标记整理、标记清除。默认状态 Eden:S0:S1:Old = 8:1:1:20,也就是新生代与老年代比例为 1:2，由于S0和S1总是互相替换，因此新生代实际只会使用9/10的空间。设置-XX:SurvivorRatio=N表示Eden区会占用新生代N/N+2的空间。

控制参数:

-Xms设置堆的最小空间大小。

-Xmx设置堆的最大空间大小。

-XX:NewSize设置新生代最小空间大小。

-XX:MaxNewSize设置新生代最大空间大小。

-XX:PermSize设置永久代最小空间大小。

-XX:MaxPermSize设置永久代最大空间大小。

-Xss设置每个线程的堆栈大小。

引用计数：存在循环引用问题

可达性分析：从GC root 开始搜索，，搜索所走过的路径称为引用链。GC Roots包括：

虚拟机栈中引用的对象。
方法区中类静态属性实体引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI引用的对象。

垃圾回收算法：

复制算法：通常为年轻代使用的，将内存分为相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将存活的对象复制到另一块，然后将使用过的空间整体清理掉。（简单高效，费内存，对长生命周期的对象不太友好）

标记-清除法：最基础的收集方法，先标记出需要回收的对象，标记完成后，统一回收。（CMS三色标记，使用可达性算法）

GC与非GC时间耗时比例超过了GCTimeRatio的限制也会引发OOM，调优诸如通过NewRatio控制新生代老年代比例，通过MaxTenuringThreshold控制进入老年前生存次数等。

Java Object Laout(JOL)：Java对象内存布局

JOL
org.openjdk.jol 查看内存布局的工具

ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable();

字节数被8整除
markword （8字节 64位记录锁信息，记录GC信息，记录 Identity HashCode)
class pointer 类指针
instance data
padding (需要被8整除)

给对象加锁，就是修改markword的值

对象分代年龄只占4位，G1，PS，PO等默认最高15

CMS 默认分代最多6

CMS在进行并发标记清除的时候，可能由于对象分配过快，导致再次出发FullGC。CMS通过将三色标记过程中发生引用变更的对象加入标记栈，通过remark过程重新扫描，防止漏标记。

G1,ZGS等没有分代

G1通过将整个内存分成小块，每个小块可能是年轻代，也可能是老年代。G1在GC开始时，对对象标记快照，只要开始GC时，是存活额，就认为其是存活的。

锁升级步骤(锁升级会stw)

偏向锁(用户态 CAS 当前线程指针)–>轻量级锁(用户态 CAS)–>重量级锁(内核态)

TLAB（Thread Local Allocation Buffer）
TLAB是为了避免对象在年轻代的内存分配时的竞争而设计的，大部分对象都在新生代中分带，但是线程太多，会导致分配内存的指针成征用热点。因此为每个线程分配一个单独的申请区域。该区域只允许一个线程申请空间，但是所有线程都可以访问。TLAB只能分配小对象，大对象还是需要在共享区域分配。

PLAB
类似TLAB,是为了避免YGC时，大量对象通过多线程从新生代晋升到老年代，会产生老年代的内存指针竞争。

参考：

从实际案例聊聊Java应用的GC优化_美团技术团队

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