快捷導(dǎo)航

JVM執(zhí)行引擎和垃圾回收要點(diǎn)總結(jié)

更新時(shí)間：2021年06月18日 11:52:01 作者：知了一笑

不論是在問題現(xiàn)場(chǎng)還是跳槽面試，我們面對(duì)JVM性能問題，依舊會(huì)束手無辭，它需要你對(duì)Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化，有極為深刻的理解。所以我在這里整理了一下 JVM的知識(shí)點(diǎn)。今天說說虛擬機(jī)執(zhí)行引擎和垃圾回收，都是十足的干貨，請(qǐng)各位看官耐心批閱！

一、執(zhí)行引擎

應(yīng)用程序經(jīng)過編譯，轉(zhuǎn)換為字節(jié)碼文件，字節(jié)碼加載到內(nèi)存空間并不能直接在操作系統(tǒng)上執(zhí)行，執(zhí)行引擎作為Java虛擬機(jī)核心的組成部分，作用就是將字節(jié)碼指令解釋/編譯為對(duì)應(yīng)系統(tǒng)平臺(tái)上的本地機(jī)器指令。

解釋器：虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)根據(jù)預(yù)定義對(duì)字節(jié)碼采用逐行解釋的方式執(zhí)行，將每條字節(jié)碼文件中的內(nèi)容解釋為對(duì)應(yīng)系統(tǒng)平臺(tái)的本地機(jī)器指令執(zhí)行；

JIT編譯器：虛擬機(jī)將源代碼編譯成本地機(jī)器平臺(tái)相關(guān)的機(jī)器語言，并且尋找熱點(diǎn)高頻執(zhí)行的代碼將其放入元空間中，即元空間中存放的JIT緩存代碼；

垃圾回收：對(duì)于沒有任何引用的對(duì)象標(biāo)記為垃圾，會(huì)被回收釋放內(nèi)存空間。

二、垃圾對(duì)象標(biāo)記

1、引用計(jì)數(shù)法

每個(gè)對(duì)象保存一個(gè)整型引用計(jì)數(shù)器，用來記錄對(duì)象被引用的次數(shù)，當(dāng)該對(duì)象被一個(gè)對(duì)象引用時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)失去一個(gè)引用時(shí)，計(jì)數(shù)器減1；引用計(jì)數(shù)算法就是通過判斷對(duì)象的引用數(shù)量來決定對(duì)象是否可以被當(dāng)做垃圾對(duì)象回收掉。

雖然引用計(jì)數(shù)法效率高，但是當(dāng)兩個(gè)對(duì)象互相引用時(shí)會(huì)導(dǎo)致這兩個(gè)對(duì)象一直不會(huì)被回收，這是一個(gè)致命的缺陷。所以JVM并沒有采用該標(biāo)記算法。

2、可達(dá)性分析算法

可達(dá)性分析算法是基于對(duì)象到根對(duì)象的引用鏈?zhǔn)欠窨蛇_(dá)來判斷對(duì)象是否可以被回收；

運(yùn)行程序把所有的引用關(guān)系鏈看作一張圖，通過GC-Roots根對(duì)象對(duì)象集合作為起始點(diǎn)，從每個(gè)根節(jié)點(diǎn)向下不斷搜索被根對(duì)象集合所連接的對(duì)象是否可達(dá)，搜索路徑稱為引用鏈（Reference-Chain），如果對(duì)象到GC-Roots沒有任何引用鏈存在，則說明此對(duì)象是不可用的，

虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象；
元空間中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象；
元空間中常量引用的對(duì)象；
本地方法棧中Native方法引用的對(duì)象；

相對(duì)于引用計(jì)數(shù)法算法，可達(dá)性分析算法則避免了循環(huán)引用導(dǎo)致的問題，同樣具備執(zhí)行高效的特點(diǎn)，也是JVM采用的標(biāo)記算法。

三、垃圾回收機(jī)制

1、標(biāo)記清除算法

標(biāo)記-清除算法分為標(biāo)記和清除兩個(gè)階段：

標(biāo)記階段：從根對(duì)象集合進(jìn)行掃描，對(duì)存活的對(duì)象對(duì)象標(biāo)記；清除階段：再次掃描發(fā)現(xiàn)未被標(biāo)記的對(duì)象并進(jìn)行回收；

該算法效率不高，進(jìn)行垃圾回收需要暫停應(yīng)用程序，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存碎片，后續(xù)程序運(yùn)行過程中分配內(nèi)存占用較大的對(duì)象時(shí)，會(huì)有連續(xù)內(nèi)存不夠情況，容易觸發(fā)再一次垃圾收集動(dòng)作。

2、標(biāo)記整理算法

標(biāo)記整理算法的標(biāo)記過程類似標(biāo)記清除算法，第一階段：標(biāo)記出垃圾對(duì)象；第二階段：讓所有存活的對(duì)象都向內(nèi)存區(qū)一端移動(dòng)；第三階段：直接清理掉邊界端以外的內(nèi)存，類似于磁盤整理的過程；

該垃圾回收算法效率不高，對(duì)象移動(dòng)過程需要暫停應(yīng)用程序，適用于對(duì)象存活率高的場(chǎng)景（老年代）。

3、復(fù)制算法

復(fù)制算法將內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)使用的這塊的內(nèi)存用完，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊空閑內(nèi)存上，然后使用過的內(nèi)存空間一次清理。

該算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行效率高，但是內(nèi)存空間嚴(yán)重浪費(fèi)，適用于對(duì)象存活率低的場(chǎng)景，比如新生代。

4、分代收集算法

當(dāng)前市場(chǎng)上幾乎所有的虛擬機(jī)都采用該回收算法，分代收集算法根據(jù)年輕代和老年代的各自特點(diǎn)采用不同的算法機(jī)制，不同內(nèi)存區(qū)域中對(duì)象生命周期也不同，因此對(duì)堆內(nèi)存不同區(qū)域采用不同的回收策略可以提高垃圾回收?qǐng)?zhí)行效率。通常情況新生代對(duì)象存活率低，回收頻繁，就采用復(fù)制算法；老年代存對(duì)象生命周期長(zhǎng)，活率高，就用標(biāo)記清除算法或者標(biāo)記整理算法。

Java堆內(nèi)存一般可以分為新生代、老年代和永久代三個(gè)模塊，如下圖所示：

新生代

通常情況下，新創(chuàng)建的對(duì)象實(shí)例首先都是放在新生代空間中，所以追求快速的回收掉垃圾對(duì)象，一般情況下，新生代內(nèi)存按照8:1:1的比例分為一個(gè)eden區(qū)和兩個(gè)survivor(survivor0，survivor1)區(qū)，對(duì)象實(shí)例大部分在Eden區(qū)中生成；

垃圾回收時(shí)先把eden區(qū)存活對(duì)象復(fù)制到S0區(qū)，然后清空eden區(qū)，當(dāng)S0區(qū)也滿時(shí)，再將eden區(qū)和S0區(qū)存活對(duì)象復(fù)制到S1區(qū)，然后清空eden和S0區(qū)，之后交換S0區(qū)和S1區(qū)的角色，當(dāng)S1區(qū)無法存放eden區(qū)和S0區(qū)的存活對(duì)象時(shí)，就將存活對(duì)象直接存移到老年代區(qū)，當(dāng)老年代區(qū)也滿了，觸發(fā)一次FullGC，即新生代、老年代都進(jìn)行回收。

老年代

老年代區(qū)存放一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象，對(duì)象實(shí)例在新生代中經(jīng)歷了多次垃圾回收仍然存活的對(duì)象，會(huì)被移動(dòng)到老年代區(qū)中。