JVM(Java虚拟机)内存结构和垃圾回收(GC)机制

createh53周前 (02-25)技术教程7

JVM(Java虚拟机)内存结构和垃圾回收(GC)机制是Java程序运行的重要组成部分。下面详细介绍JVM内存结构和GC机制的主要方面:

JVM内存结构: JVM内存结构主要分为以下几个区域:

  1. 方法区(Method Area): 方法区用于存储类的元数据信息,如类的结构、字段、方法、常量池等。在Java 8及之前的版本中,方法区被实现为永久代(PermGen)。从Java 8开始,永久代被元空间(Metaspace)取代。
  2. 堆(Heap): 堆是Java程序中最大的一块内存区域,用于存储对象实例。所有通过new关键字创建的对象都在堆上分配内存。堆分为新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation)两个区域。
  3. 新生代:新创建的对象首先分配在新生代。新生代又分为Eden区和两个Survivor区(From和To)。大部分对象在新生代被创建和销毁,只有少部分对象会进入老年代。
  4. 老年代:经过多次垃圾回收仍然存活的对象会被移动到老年代。老年代的内存空间相对较大,可以容纳更多的长生命周期对象。
  5. 栈(Stack): 栈用于存储线程的方法调用和局部变量。每个线程在运行时都会创建一个栈帧,用于保存方法调用的状态。栈帧包括方法的参数、局部变量和操作数栈等信息。栈的大小是固定的,较小的栈空间可以更快地分配和释放。
  6. 本地方法栈(Native Method Stack): 本地方法栈用于存储本地方法(Native Method)的信息。本地方法是使用其他语言(如C或C++)编写的方法,通过JNI(Java Native Interface)调用。本地方法栈类似于Java栈,但是它为本地方法提供了支持。
  7. PC寄存器(Program Counter Register): PC寄存器用于存储当前线程执行的字节码指令地址。每个线程都有一个独立的PC寄存器,保证线程切换后能够正确恢复执行。
  8. 直接内存(Direct Memory): 直接内存不是JVM运行时数据区的一部分,但是与内存管理相关。直接内存通过使用java.nio包中的ByteBuffer类,利用堆外内存进行直接操作,减少了Java堆和本地堆之间的拷贝开销。

GC机制(垃圾回收): GC机制是JVM自动管理内存的过程,用于回收不再使用的对象,释放内存空间。主要的GC算法包括:

  1. 标记-清除算法(Mark and Sweep): 标记-清除算法首先标记所有可达的对象,然后清除不可达的对象,并回收它们占用的内存。这种算法容易产生内存碎片。
  2. 复制算法(Copying): 复制算法将堆分为两个相等大小的区域,每次只使用其中的一半。当其中一个区域用满后,将存活的对象复制到另一个区域,然后清除当前使用的区域。这种算法适用于新生代,由于大部分对象都是临时的,因此垃圾回收的效率较高。
  3. 标记-整理算法(Mark and Compact): 标记-整理算法首先标记所有可达的对象,然后将存活的对象往一端移动,然后清除端边界以外的内存。这种算法适用于老年代,减少了内存碎片。
  4. 分代收集算法(Generational Collecting): 分代收集算法根据对象的生命周期将堆分为不同的代(Generation),如新生代和老年代。每个代使用适合的GC算法进行回收,以提高效率。

GC机制的具体实现和策略因不同的JVM实现而异,例如,HotSpot JVM使用了分代收集算法,包括新生代使用复制算法,老年代使用标记-整理算法。还有其他高级GC算法,如并行GC、并发GC和G1(Garbage-First)等。

JVM内存结构和GC机制的理解对于Java程序的性能优化和内存管理至关重要。了解各个内存区域的作用和特点,以及不同的GC算法,可以帮助我们更好地编写高效、健壮和可伸缩的Java应用程序。

相关文章

JAVA系列-GC_java &gt

1. OOM1) 常见OOM异常类型(1) StackOverFlowError栈内存溢出,用于深度方法调用(循环递归);(2) OutOfMemoryError:Java heap space用于变...

大佬带你深入解析java虚拟机:垃圾优先的垃圾回收器(G1 GC)

G1 GCG1 GC是面向服务端应用程序的垃圾回收器,通过新的堆设计和停顿预测模型,可以到达用户指定的一个比较合理的软实时目标。本章将详细分析G1 GC的设计和实现。G1 GC简介 基于Region的...

JVM成神路之性能调优篇:GC调优、Arthas工具详解及线上最佳配置

引言“在当前的互联网开发模式下,系统访问量日涨、并发暴增、线上瓶颈等各种性能问题纷涌而至,性能优化成为了现时代开发过程中炙手可热的名词,无论是在开发、面试过程中,性能优化都是一个常谈常新的话题”。Ja...

Java中9种常见的CMS GC问题分析与解决(一)

目前,互联网上 Java 的 GC 资料要么是主要讲解理论,要么就是针对单一场景的 GC 问题进行了剖析,对整个体系总结的资料少之又少。前车之鉴,后事之师,美团的几位工程师历时一年多的时间,搜集了内部...

关于Java垃圾回收,你必须要知道FullGC是什么

本文共3198字,是本人前几天面试被提问到的一个问题,将在该文中阐述关于Java垃圾回收——Full GC的相关知识,包括定义、触发条件、具体过程。前几天面试的时候,面试官在最后问了我一个有关Full...

自从学了深入解析java虚拟机:FullGC和字符串去重后,我无敌了

Full GC在设计G1时会极力避免Full GC(以下简称FGC),但是总有一些特殊情况,如果当前并发回收的速度跟不上对象分配的速度,那么需要G1启动后备方案进行FGC。早期G1的FGC使用单线程的...