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11组关系带你看清JVM全貌

JVM通过类加载机制,把class文件装载进JVM中,然后JVM解析class文件的内容,于是就有了类加载过中的链接、初始化等。

作者:田维常 来源:Java后端技术全栈|2020-12-21 08:11

废话少说,直接开整:

第1组:JDK、JRE、JVM的关系

JDK中包含JRE,也包括JDK,而JRE也包括JDK。

范围关系:JDK>JRE>JVM。

具体见下图:

第2组:.java文件与.class文件的关系

这两者的关系需要两张图才能说明白:

第3组:class文件与JVM的关系

JVM通过类加载机制,把class文件装载进JVM中,然后JVM解析class文件的内容,于是就有了类加载过中的链接、初始化等。

第4组:类加载器关系

一张图来说明:

第5组:方法区、堆、栈之间到底有什么关系

直接上图:

栈指向堆

如果在栈帧中有一个变量,类型为引用类型,比如:

  1. package com.tian.my_code.test; 
  2.  
  3. public class JvmCodeDemo { 
  4.     public  Object testGC(){ 
  5.         int op1 = 10; 
  6.         int op2 = 3; 
  7.         Object obj = new Object(); 
  8.         Object result=obj; 
  9.         return result; 
  10.     } 

这时候就是典型的栈中元素obj指向堆中的Object对象,result的指向和obj的指向为同一个对象。

使用命令

  1. javac -g:vars JvmCodeDemo.java 

进行编译,然后再使用

  1. javap -v JvmCodeDemo.class >log.txt 

然后打开log.txt文件

方法区指向堆

方法区中会存放静态变量,常量等数据。

如果是下面这种情况,就是典型的方法区中元素指向堆中的对象。

堆指向方法区

方法区中会包含类的信息,对象保存再堆中,创建一个对象的前提是有对应的类信息,这个类信息就在方法区中。

第6组:Minor、Major、Full GC的关系

Minor GC:发生在年轻代的 GC。

  • Minor GC是指从年轻代空间(包括 Eden 和 Survivor 区域)回收内存。当 JVM 无法为一个新的对象分配空间时会触发Minor GC,比如当 Eden 区满了。
  • Eden区满了触发MinorGC,这时会把Eden区存活的对象复制到Survivor区,当对象在Survivor区熬过一定次数的MinorGC之后,就会晋升到老年代(当然并不是所有的对象都是这样晋升的到老年代的),当老年代满了,就会报OutofMemory异常。
  • 所有的MinorGC都会触发全世界的暂停(stop-the-world),停止应用程序的线程,不过这个过程非常短暂。

Major GC:发生在老年代的 GC。

  • Major GC清理Tenured区(老年代)。

Full GC:新生代+老年代,比如 方法区引起年轻代和老年代的回收。

第7组:Survivor与Eden的关系

对于这两者,最重要的是要明白为什么需要Survivor区?只有Eden不行吗?

如果没有Survivor,Eden区每进行一次Minor GC ,并且没有年龄限制的话, 存活的对象就会被送到老年代。这样一来,老年代很快被填满,触发Major GC(因为Major GC一般伴随着Minor GC,也可以看做触发了Full GC)。老年代的内存空间远大于新生代,进行一次Full GC消耗的时间比Minor GC长得多。

执行时间长有什么坏处?

频发的Full GC消耗的时间很长,会影响大型程序的执行和响应速度。

可能你会说,那就对老年代的空间进行增加或者较少咯。

假如增加老年代空间,更多存活对象才能填满老年代。虽然降低Full GC频率,但是随着老年代空间加大,一旦发生Full GC,执行所需要的时间更长。

假如减少老年代空间,虽然Full GC所需时间减少,但是老年代很快被存活对象填满,Full GC频率增加。

所以Survivor的存在意义,就是减少被送到老年代的对象,进而减少Full GC的发生,Survivor的预筛选保证,只有经历16 次Minor GC还能在新生代中存活的对象,才会被送到老年代。

第8组:引用计数法和可达性分享算法的关系

引用计数法

给对象添加一个引用计数器,每当一个地方引用它object时技术加1,引用失去以后就减1,计数为0说明不再引用

  • 优点:实现简单,判定效率高
  • 缺点:无法解决对象相互循环引用的问题,对象A中引用了对象B,对象B中引用对象A。

  1. public class A { 
  2.     public B b;  
  3. public class B { 
  4.     public C c;  
  5. public class C { 
  6.     public A a;  
  7. public class Test{ 
  8.      
  9.     private void test(){ 
  10.         A a = new A(); 
  11.         B b = new B(); 
  12.         C c = new C(); 
  13.          
  14.         a.b=b; 
  15.         b.c=c; 
  16.         c.a=a; 
  17.     } 

可达性分析算法

当一个对象到GC Roots没有引用链相连,即就是GC Roots到这个对象不可达时,证明对象不可用。

GC Roots种类:

Java 线程中,当前所有正在被调用的方法的引用类型参数、局部变量、临时值等。也就是与我们栈帧相关的各种引用。所有当前被加载的 Java 类。Java 类的引用类型静态变量。运行时常量池里的引用类型常量(String 或 Class 类型)。JVM 内部数据结构的一些引用,比如 sun.jvm.hotspot.memory.Universe 类。用于同步的监控对象,比如调用了对象的 wait() 方法。

第9组:对象的引用类型的关系

  • 强引用:User user=new User();我们开发中使用最多的对象引用方式。

特点:我们平常典型编码Object obj = new Object()中的obj就是强引用。

通过关键字new创建的对象所关联的引用就是强引用。

当JVM内存空间不足,JVM宁愿抛出OutOfMemoryError运行时错误(OOM),使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的“存活”对象来解决内存不足的问题。

对于一个普通的对象,如果没有其他的引用关系,只要超过了引用的作用域或者显式地将相应(强)引用赋值为 null,就是可以被垃圾收集的了,具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

  • 软引用:SoftReference object=new SoftReference(new Object());

特点:软引用通过SoftReference类实现。软引用的生命周期比强引用短一些。只有当 JVM 认为内存不足时,才会去试图回收软引用指向的对象:即JVM 会确保在抛出 OutOfMemoryError 之前,清理软引用指向的对象。软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收,Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。后续,我们可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的对象被回收。如果队列为空,将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。

应用场景:软引用通常用来实现内存敏感的缓存。如果还有空闲内存,就可以暂时保留缓存,当内存不足时清理掉,这样就保证了使用缓存的同时,不会耗尽内存

  • 弱引用:WeakReference object=new WeakReference (new Object();ThreadLocal中有使用.

弱引用通过WeakReference类实现。弱引用的生命周期比软引用短。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程,因此不一定会很快回收弱引用的对象。

弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。应用场景:弱应用同样可用于内存敏感的缓存。

虚引用:几乎没见过使用, ReferenceQueue 、PhantomReference。

第10组:垃圾回收算法的关系

标记-清除算法

第一步:就是找出活跃的对象。我们反复强调 GC 过程是逆向的, 根据 GC Roots 遍历所有的可达对象,这个过程,就叫作标记。

第二部:除了上面标记出来的对象以外,其余的都清楚掉。

  • 缺点:标记和清除效率不高,标记和清除之后会产生大量不连续的内存碎片

复制算法

新生代使用,新生代分中Eden:S0:S1= 8:1:1,其中后面的1:1就是用来复制的。

当其中一块内存使用完了,就将还存活的对象复制到另外一块上面,然后把已经使用过的内存空间一次 清除掉。

一般对象分配都是进入新生代的eden区,如果Minor GC还存活则进入S0区,S0和S1不断对象进行复制。对象存活年龄最大默认是15,大对象进来可能因为新生代不存在连续空间,所以会直接接入老年代。任何使用都有新生代的10%是空着的。

缺点:对象存活率高时,复制效率会较低,浪费内存。

标记整理算法

它的主要思路,就是移动所有存活的对象,且按照内存地址顺序依次排列,然后将末端内存地址以后的内存全部回收。 但是需要注意,这只是一个理想状态。对象的引用关系一般都是非常复杂的,我们这里不对具体的算法进行描述。我们只需要了解,从效率上来说,一般整理算法是要低于复制算法的。这个算法是规避了内存碎片和内存浪费。

让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存。

从上面的三个算法来看,其实没有绝对最好的回收算法,只有最适合的算法。

第11组:垃圾收集器之间有什么关系

「新生代收集器」:Serial、ParNew、Parallel Scavenge「老年代收集器」:CMS、Serial Old、Parallel Old

「整堆收集器」:G1,ZGC(因为不涉年代不在图中)

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【责任编辑:武晓燕 TEL:(010)68476606】

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