JVM内存管理学习总结（一）

I.JVM进程的生命周期

1. JVM实例的生命周期和java程序的生命周期保持一致，即一个新的程序启动则产生一个新的JVM进程实例，程序结束则JVM进程实例伴随着消失。那么程序启动和程序终止就是JVM实例生命周期的两个边界，两个边界点可以这么理解：一个拥有程序入口（main函数）的class在执行main方法时，相应的JVM就被创建了（即JVM生命周期的起点），当由此main函数启动的所有非守护线程都终止时，JVM即退出（JVM实例生命周期的终点）。举个实例来描述一下JVM实例的生命周期：

   (1) JVMInstance.java

   public class JVMInstance {
   
       public static void main(String[] args) {
           System.out.println("hello world!");
       }
   }
   

   (2) javac JVMInstance.java 编译源码生成class文件 
   (3) java JVMInstance 
   在用java 命令执行编译好的字节码文件时，java命令会调用java launcher来创建JVM实例，而java.exe的源代码在jdk/src/share/bin/java.c定义（可以在openJDK中看到其中的源代码）。 java.c中主要包含了两个主要的函数：

   int main(int argc, char ** argv); int JNICALLJavaMain(void * _args); 其中主要完成的功能是新建JVM实例进程，实例化一些守护线程，包括监视器线程（WatcherThread），编译器线程（Compiler Thread），GC线程（GC Thread）。（具体源代码可以细扣一下，有现成的研究大家也分享一下） //TODO ps:学习一下java.c 源代码

II.JVM内存模型

在内存结构上每个JVM实例都有自己的一套内存模型（即：堆，方法区，方法栈，本地方法栈，程序技术器），当JVM实例创建时内存模型也随之创建，没猜错的话java.c的这段代码就是用来分配JVM实例内存的：

{
  int i;
  original_argv = (char**)JLI_MemAlloc(sizeof(char*)*(argc+1));
  for(i = 0; i < argc+1; i++) {
original_argv[i] = argv[i];
  }
}

CreateExecutionEnvironment(&argc, &argv,
   jrepath, sizeof(jrepath),
   jvmpath, sizeof(jvmpath),
   original_argv);
...

JVM实例的内存模型结构入下图（参考《深入理解java虚拟机》）:  上图中标出了红框和绿框，其中红框代表在一个JVM进程实例内所有线程共享的内存模型区域，绿框表示线程内存数据隔离的区域，即方法区和堆中的数据JVM进程内线程共享，栈和程序计数器每个线程有自己的一套。（看过一些博客把方法区也画入了堆内存结构中，感觉不是很合理，虽然java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-heap（非堆））。方法区主要存储：类加载的信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据。堆内存又分为 Yong、Tenured、Perm。虚拟机栈是执行普通方法是需要用的，本地方法栈就是执行本地方法栈的时候用的。程序计数器就是辅助程序执行用的，记录程序指令指针。 JVM执行引擎是JVM实例进程中的一个线程，用来执行字节码指令的。

III.JVM内存垃圾回收机制及常用垃圾回收器

（1）分代回收：在运行的程序中，会创建大量端生命周期的对象和小部分长生命周期的对象。对于短生命周期对象，垃圾回收线程就需要频繁的检测释放，对于长周期的对象垃圾回收检测线程探测频率就可以少一点。为了满足这种需求SUN的JVM内存是分代管理，分代回收的（说白了分代管理就是为了分代回收，哪天如果不需要分代回收了，那分代管理机制也就不需要了，我个人觉得哈）。

（2）常用的垃圾回收算法：

标记清除算法： 概述：回收过程分两个阶段，即先“标记” 再 “清除”，首先GC线程根据根搜索算法以及回收判定策略，判断对象是否需要被回收，将需要被回收的对象全都标记出来，然后统一回收掉。这种算法是比较基础的算法，后续的算法基本是基于这种算法的。 主要缺点：一个是效率问题，标记和清除过程效率都不高；另外一个是空间问题，标记清除之后会产生不连续的内存碎片（如果空间碎片太多，当分配一个大对象的时候，因为找不到一块合适的内存区域，就会提前出发一次GC操作）。

复制算法： 复制算法基本思想就是，将内存分成大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当其中一块内存用完了，就将活着的对象按序摆放到另外一块内存中，然后将另一块内存清理掉。 优缺点：优点就是与标记清除算法相比，效率明显提高了，并且不会产生内存碎片。缺点也是显而易见就是内存需求更大了，每次都需要有一块内存闲置。（ps：现在的商业虚拟机都采用这种收集算法回收新生代，例如：SUN JDK1.3.1版本启用的HotSpot虚拟机）

标记整理算法： 标记整理算法主要分为算个阶段，首先将要清理的对象标记出来和标记清除的第一阶段一样，然后将有效的对象向一端移动（类似于我们有win7优化到时整理内存碎片的效果），最后将有效对象边界以外的对象全部回收掉。 优缺点：有点就是和标记清除算法相比减少了内存碎片，和复制算法相比提高内存利用率。 缺点：效率较低。

（3）常用的垃圾收集器：

1. Serial收集器：单线程收集器，只会启动一条线程进行内存回收工作，在回收的过程中，必须暂停其他所有的工作线程。serial是一个比较原始的收集器，运行在Server端的JVM已经不再使用Serial，不过对于运行在Client端的JVM是一个很好的选择（单线程嘛，意味着没有线程切换开销）。Serial对于Yong区采用的是复制算法，对于Tenured采用的是标记整理算法。
2. ParNew收集器： ParNew收集器是Serial收集器的多线程版本，对于收集算法以及控制参数Serial和ParNew一样，ParNew是运行在Server模式下的JVM的首选的新生代收集器，主要原因是除了ParNew能和Serial配合使用外，只有ParNew能和CMS协同工作。
3. Parallel Scavenge收集器：多线程的新生代收集器，采用的复制算法，看上去和ParNew一样，但专注点不同，ParNew专注于在收集过程中缩短用户线程的停顿时间，而它专注于达到一个可控的吞吐量（吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)）。
4. Serial Old收集器：Serial的老年代版本，采用的是标记整理算法，现在跑Server端JVM进程实例不经常使用的收集器，比较古老。
5. Parallel Old收集器：Parallel Scavenge的老年代版本，使用多线程和标记-整理算法。Paralle Old出现之后就可以和Parallel Scavenge配合使用了。
6. CMS收集器：CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短停顿时间为目标的收集器，目前在市场上使用的占比很大。它是一款老年代收集器，采用的是标记-清除算法。它在清理过程中主要包含4个阶段，分别是初始标记，并发标记，重新标记，并发清除。其中只有初始标记和重新标记需要停顿用户线程，在并发标记和并发清除阶段，用户线程和回收器线程可以共同运行（将整个回收过程分成好多段，以达到减少停顿用户线程的目的）。
7. G1收集器是JDK1.7提供的收集器，G1基于标记-整理算法（没有内存碎片），试用于新生代和老年代。它改变了收集的策略，不在针对新生代和老年代整个区域进行收集，而是把新生代或老年代划分成多个单元格，针对每个单元格的使用程度，对每个单元格进行收集，属于算法的优化和突破。

下面这个图不错的表达了各个收集器使用的分代区域： 

IV.JVM垃圾回收日志结构分析及常用的命令

我们在我们Server的gc log上经常看到下面的这个日志。 总结一下各个字段表达的是什么意思： Young GC: 

Full GC: