JVM 内存架构和 GC 算法基础

科技

2022-05-27 00:05

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目的

本文讨论了 JDK8 及更高版本的堆内存和栈内存管理的基本概念。以及 GC 及其算法的基础知识。

内存管理的重要性

Java 垃圾收集器不能确保堆内存完全空闲，而且对于开发人员来说，不可能强制垃圾收集器在特定时间运行。因此，了解 Java 中的内存管理是如何工作的对开发程序会很有帮助。

了解内存管理有助于编写优化的内存效率代码，并有助于避免程序中任何与内存相关的问题，这些问题可能导致应用程序运行缓慢，并有助于避免 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 等错误。

栈内存

栈是一种线性数据结构，是 Java 分配的静态内存，用于存储堆对象引用，也存储 Java 原始类型值。栈以后进先出 (LIFO) 顺序访问内存，并且栈比堆内存快。

每个线程在内存中创建自己的栈，这反过来又使栈内存线程安全。

Java 中的方法仅访问方法体（方法范围内）内的栈内存中的对象。当方法执行完成时，该方法对应的块会从栈中清除。

在上面的程序中，我们可以看到，当控件到达main方法时，栈中会有一个args的入口。然后当控件在下一行时，一个新条目被添加到栈中。

当控件超出方法的范围时，引用将从栈中删除。

如果栈内存已满，JVM 会抛出 StackOverFlowError。

堆内存

堆用于JVM在运行时为Java对象动态分配内存。任何新对象都存储在堆中，并且对象的引用（示例变量）存储在栈中。您可以在下面的示例中看到示例代码的变量如何存储在堆和堆栈中。

下面是上述代码片段在堆中的内存分配。

堆内存可以分解成更小的部分，称为代，它们是年轻代、年老/终身代和永久代。

年轻一代

所有新对象都在此内存段中分配。年轻代由 Eden 和两个 Survivor 空间组成。当 Eden 填满时，垃圾收集发生在年轻代上，这称为 Minor GC。在 Minor GC 期间，来自年轻代的引用对象被移动到 Survivor 空间 #1，并且对象的年龄增加。

例如，在下图中，“对象 1”和“对象 2”将在第一次 Minor GC 之后移动到 Survivor 空间 #1，并且它们将具有指定的年龄。如果“对象 1”在第一次 Minor GC 中幸存下来，则年龄为零。现在如果“对象 1”在下一次 Minor GC 中也幸存下来，那么它将被移动到幸存者空间 2，并且年龄将再次增加。

在第二次 Minor GC 期间，驻留在 Survivor 空间 #1 中的对象（具有引用）将被移动到 Survivor #2，并且年龄将增加（即根据示例年龄将从零变为一）。并且从完整的年轻代空间中所有未引用的对象都将被删除。

老一代

老年代是存放长寿命对象（最老的对象）的地方。年轻代对象有年龄的上限或阈值。一旦对象达到该上限，则该对象将移至老一代或终身代。

终身代

这部分堆内存用于存储运行时类和方法的元数据。从 JDK 8 开始，这部分内存已被 Java 完全删除，并被 Metaspace 概念所取代。您仍然可以设置 --XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 配置。但是，如果您在 JDK 8 或更高版本上运行应用程序，则会在运行时收到警告。