Java内存模型

Java内存模型

当前的开发已经不再是单独的面对传统的一台主机运行一些程序，而后再进行简单的维护；

现在讲究的是高并发，分布式，高可用，充分压榨机器的性能，机器性能最大化，良好的JVM调优就可以增加电脑的负载

Java程序执行流程

　　

Java运行时数据区域

• 方法区：最重要的内存区域，多线程共享，保存了类的信息（名称、成员、接口、父类），反射机制是其重要的组成部分，动态进行类操作的实现

• 堆内存（Heap）：保存对象的真实信息，该内存牵扯到释放问题（GC）

• 栈内存（Stack） :线程的私有空间，在每一次进行方法调用的时候都会存在有栈帧，采用先进后出的设计原则

  • 本地变量表：局部参数或形参，允许保存有32位的插槽（Solt），如果超过了32位的产毒就需要开辟两个连续性的插槽（long,double）Valatile关键字问题

  • 操作数栈：执行所有的方法计算操作

  • 常量池引用：String类实列，...

  • 返回地址：方法执行完毕后的恢复执行的点

• 程序计数器：执行指定的一个顺序编码，该区域的所占比率几乎可以忽略

• 本地方法栈：与栈内存的功能类似，区别在于是为本地方法服务的

Java内存模型

• 合理的内存模型可以使GC的性能更加强大，不必太大的浪费服务器的性能，从而减少阻塞所带来的程序的性能影响

• Java中数据保存的内存位置：堆内存(调优、原理）

• 最需要强调的就是jdk1.8之后所带来的内存结果改变以及GC策略提升

jdk1.8：

　　

当内存不足的时候就需要进行伸缩区的控制，当内存充足的时候就可以考虑将伸缩区所占用的内存释放掉，如果伸缩区一直占有这个区域，会造成其他区域的内存相对少，肯定会在成额外的计算性能的影响，导致程序的整体性能下降，如果我们确定我们当前是高并发的访问，并且我们的程序是独立在一台服务器上，那么这台服务器的资源就应该全部给我使用，而不是给伸缩区留一大块动态区域

　　

伸缩区的看见 = MaxMemory - TotalMemory ( 特别大的一块内存空间被闲置了起来 )

jdk1.8以前：

　　

GC执行分析

1. 对象实列化需要依靠关键字new来完成，所有新对象都会在伊甸园区开辟，如果伊甸园区的内存空间不足，就会发生MiorGC

2. 有些对象执行了后翅MinorGC后依然存在，伊甸园区的内存空间是有限的，那么这些对象将进入到存活取（存活区有两个，一个负责保存存活对象，一个负责晋升，对象只占用一个空间，永远都有一个空的）

3. 如果经历了若干次MinorGC回收处理之后发现看见依然不够使用，那么则进行老年代的GC回收，执行一个MajorGC（FUll GC 性能很差），如果可以回收空间，则继续进行MINorGC

4. 如果MajorGC失败，则内存已经被占用完，抛出OOM异常

5. 如果新创建的对象的空间占用过大，会直接保存在老年代之中

6. 【备注]】: jdk1.8默认会根据系统的不同二选择不同的GC回收策略

   jdk1.9-jdk11 使用的默认GC就是G1

垃圾回收

• 有两种实现：引用计数器、可达性分析

  • 引用计数：早期的JVM使用的方法，会储存对象的所有引用数，会控制这个引用数的多少，在引用数为0的时候，则　视为可以进行垃圾回收

  • 对象引用遍历：现在大部分JVM采用的方法，从一组对象开始，沿着该对象涉及到的对象形成一个树 ( 自己理解 )，通过递归的方式，确定可达对象，不可达对象就会被视为不再需要，将其进行标记作为垃圾收集，释放对应的内存，但是释放的内存都是离散的，不是连续的，不足于装载新的对象，很多GC会有优化操作，会重新组织内存中的对象，并进行压缩，形成连续的内存空间供使用。

  • 引用对象的强度：包装了我们实际需要的对象，使我们可以直接维护对引用对象的直接引用，可以理解为：给某个对象的引用进行了一层增强，使其拥有了其他的状态，我们可以根据他的状态进行辨别，对象在没有任何引用指向的时候才会被当作垃圾回收，如果我们想对有引用指向的对象做垃圾回收处理，这个时候就涉及到了引用对象的概念，引用对象的强度将决定垃圾回收器的行为，注意：我们普通使用的引用都是强度最大的引用，

  • 【强可达、软可达、弱可达、虚可达、不可达】，　

    • 对象的可达性状态会触发垃圾回收期作出相应的行为：

    • 软可达对象可能会任凭垃圾回收器去回收；

    • 弱可达对象将会被垃圾回收器回收；

• 为了避免程序的运行线程和GC的回收线程发生并发影响，JVM采用安全点机制来实现STW(Stop The World),也就是当垃圾收集线程发起了STW请求后，工作线程开始进行安全点检查，只有大概所有线程都进入安全点以后，垃圾回收线程才可以开始工作，在垃圾收集线程工作的过程中，工作线程没执行一行代码都会进行安全点检测，如果这行代码安全就继续执行，如果这行代码不安全，就将全部线程挂起，这样保证在垃圾回收线程的工作过程中，工作线程也可以继续执行

  • 安全点：列如阻塞线程肯定是安全点，运行的jni线程如果不放问java对象也是安全的，如果线程在编译生成机器码那他也是安全的，Java虚拟机在有垃圾回收县城执行期间，没自信一个字节码都会进行安全检测

• 基础垃圾收集算法：清除算法会造成垃圾碎片，清除后整理压缩又浪费CPU且耗时，复制算法浪费内存但是很快

• 基础假设：

  • 大部分的Java对象都生命周期都很短暂，只有很少部分以对象能存活很久，新建的对象放到新生代，当经过多次垃圾回收且还存在的对象，就将其移动到老年代，针对不同的区域采用不同的算法，因我新生代的对象存活周期很短，经常都需要垃圾回收，所以一般采用速度很快的复制算法，所以新生代分分成两块，一块eden区，两块大小相同的servivor区（用作于复制）

• 对象初期都在eden区分配空间，由于堆的内存空间是共享的，所以分配内存需要加锁且同步，不然会发生两个对象引用指向用一块内存的情况发生，为了避免频繁的加锁，一个线程可以申请一块连续的内存空间，后续内存的分配就在这里进行，这个访问被称为Tlab,Tlab里面维护了两个指针，一个是当前空余内存的起始位置，另一个Tail指向尾巴申请的内存结束位置，分配内存的时候就只需要进行指针加法并判断是否大于tail,如果超过则需要重新申请Tail,

• 当eden区满了就会进行一次minorGC，将ende区存活的对象和form区的对象移动到to区，然后交换form和to的指针

内存回收算法

• 年轻代回收算法：

  • "复制"清理算法，将保留的对象复制到存活区之中，存活区的内容会保存到老年代资中

  • 伊甸园总是会有大量的新对象产生，所有HotSpot虚拟机使用了BTP(单一CPU的时候所有的兑现一次保存)，TLAB(拆分 为不同的块，根据CPU的核心个数拆分)，技术形式处理

• 老年代回收算法

  • "标记—清除"算法，想进行对象的第一次标记，在这段时间以内会暂停程序的执行（如果标记的时间厂或者对象的内容过多，这个暂停的时间就会很长，就会产生串行标记，并行标记等问题）

  • "标记—压缩"算法，基于"标记—清除"算法，将零散的内存空间进行整理压缩重新集合再分配

【年轻代】串行GC / 并行回收GC / 并行GC

【老年代】 串行GC / 并行GC / CMS

STW： [Stop—The—World]

• 暂时挂起所有的程序的执行线程，进行无用的对象标记

• 没有任何意向合适的GC回收操作，从JDK1.8开始提供有G1收集器，在JDK11之后提供额ZGC

G1算法（未来主流）

支持大内存（4G-64G）,支持有多CPU,减少STW停顿时间，可以保证并发状态下程序的执行