JVM(内存划分+类加载+GC)

末蓝、 2024-04-20 07:08 64阅读 0赞

**目录**

? 1. JVM 内存划分

? 2. JVM 类加载

? 2.1 类型加载是干啥的

? 2.2 类加载的简略流程

? 2.3 什么时候会进行类加载

? 2.4 双亲委派模型

? 3. GC 垃圾回收机制

? 3.1 GC 是什么

? 3.2 GC 回收哪部分内存

? 3.3 GC 具体是怎么回收的

? 3.3.1 怎么判定某个对象是否是垃圾 (引用计数/可达性分析)

? 3.3.2 具体是怎么回收的 (标记清除/复制算法/标记整理/分代回收)

--------------------

> JVM是一个比较大的话题,但面试主要从这三个方面考
> 
> 1.   **JVM 内存划分**
> 2.   **JVM 类加载**
> 3.   **JVM 的垃圾回收**

## **? 1. JVM 内存划分** ##

Java程序, 就是一个名字为 Java 的进程. 这个进程就是所说的 "JVM"

JVM 就会先从操作系统这里申请一大块内存空间,在这个基础上再把这个内存空间划分成几个小的区域

> 区域划分:
> 
> 1.  **堆: 存放的是实例化后的对象和数组，并且堆占用JVM中最大的内存空间，它是所有线程共享的。堆通常划分为老年代和新生代，以支持垃圾回收机制。**
> 2.  **方法区: 存放的是已被虚拟机加载后的类信息、常量、静态变量等，并且方法区也是所有线程共享的。**
> 3.  **虚拟机栈：为方法而创建，当方法执行时，会创建一个栈帧，里面包含局部变量表、返回地址、操作数栈等信息，并且虚拟机栈是线程私有的。**
> 4.  **本地方法栈：和虚拟机栈类似，用于存储本地方法的信息，也就是保存 Native 方法的局部变量，并且本地方法栈也是线程私有的。**
> 5.  **程序计数器: 保存下一条执行的指令地址，并且程序计数器是线程私有的，线程切换不会影响程序计数器的值。**

![7bc30e24746e4d0eaa6951d2b9b837a2.png][]

![1a2ab01de36e43189025e8c2846917dc.png][]

--------------------

## ? 2. JVM 类加载 ##

### **? 2.1 类型加载是干啥的** ###

> **Java 程序在运行之前,需要先编译 .java --> .class文件(二进制字节码文件)**
> 
> **运行的时候, .java进程(JVM) 就会读取对应的 .class文件,并且解析内容,在内存中构造出类对象并进行初始化**
> 
> **类 从 文件 加载到 内存 中**

> 类对象: 在前面中类对象出现在反射,jackson,synchronized 中
> 
> 主要就是描述了这个类是啥样子的
> 
> 有哪些属性(属性名字,类型,private/public)
> 
> 有哪些方法(方法名字,参数个数,类型,返回值类型,private/public)
> 
> 继承自哪个父类,实现哪些接口
> 
> 类对象也是创建实例的具体依据

--------------------

### **? 2.2 类加载的简略流程** ###

> **1. 加载: 找到 .class 文件,读取文件内容, 并且按照 .class 规范的格式来解析**
> 
> **2. 连接**
> 
>  **1. 验证: 检查看当前的 .class 里的内容格式是否符合要求**
> 
>  **(不同版本的 JDK 得到的 .class 是不兼容的)**
> 
>  **2. 准备: 给类中的静态变量分配内存空间，并且设置默认初始值**
> 
>  **3. 解析把 符号引用(占位符) 替换成 直接引用(内存地址)** ![9804688e412f4a018987b553dbf5bb52.png][]
> 
> **3. 初始化: 针对类进行初始化, 初始化静态成员, 执行静态代码块, 并且加载父类**

### **? 2.3 什么时候会进行类加载** ###

> **使用到一个类的时候,就触发类加载**
> 
> (类并不一定是程序一启动就加载了,而是第一次使用才加载 \[有点类似于懒汉模式\])
> 
> 使用一个类,这里指的是
> 
> 1.  **创建这个类的实例**
> 2.  **使用了类的静态方法 / 静态属性**
> 3.  **使用类的子类 (加载子类会触发加载父类)**

--------------------

### ? 2.4 双亲委派模型 ###

> 决定了按照啥样的规则来在哪些目录里去找 .class 文件
> 
> **也就是描述了加载器相互配合的工作过程,就是双亲委派模型**
> 
> **JVM 加载类, 是由 类加载器 (class loader) 这样的模块来负责的**
> 
> **JVM 自带了多个类加载器,每个类加载器各自负责一个区域**
> 
> 1.  启动类加载器：Bootstrap ClassLoader (负责加载标准库中的类)
> 2.  扩展类加载器：Extension ClassLoader (负责加载 JVM 扩展库的类(语言规范中没有,但是JVM实现的))
> 3.  用户自定义类加载器**：**Application ClassLoader (负责加载我们自己项目中的自定义的类)

![271de7134f4c4f97839fa4b850acfd6d.png][]

> 按照这样的顺序加载, 最大的好处在于
> 
> 如果我们自己写个类,刚好 全限定类名和标准库中的类名冲突了,(比如我们自己写个类就叫,java.lang.Thread)
> 
> 此时仍然可以保证类加载时,可以加载到标准库的类,防止代码加载错了带来问题

--------------------

## ? 3. GC 垃圾回收机制 ##

### ? 3.1 GC 是什么 ###

> GC (垃圾回收) 是一个主流的**内存回收的方案**, Java/Python/JS/GO/PHP 都是使用GC
> 
> **我们只需要负责申请内存, 而释放内存的工作, 交给 JVM 来完成, JVM 会自动判定当前的内容是啥时候需要释放, 当认为这个内存不再使用了, 就自动释放了**

![33dec226b3894d41b79f51a7d66d1f3f.png][]

--------------------

### ? 3.2 GC 回收哪部分内存 ###

> JVM 主要内存分为这几个部分
> 
>  *  **堆 : 存放的时 new 的对象 (GC 主要就是针对堆来进行回收)**
>  *  栈 : 保存方法之间的调用关系(释放时机确定, 不必回收)
>  *  方法区 : 放的是 类对象 (类加载, 加载之后也不太会卸载)
>  *  程序计数器 : 保存下一条要执行的指令地址 (固定内存空间, 不必回收)

![19019cf50f6c49c196b4cf5635a39f58.png][]

--------------------

### ? 3.3 GC 具体是怎么回收的 ###

> 1.  先找出垃圾 (看看谁是垃圾)
> 2.  再回收垃圾 (释放内存)

#### **? 3.3.1 怎么判定某个对象是否是垃圾 (引用计数/可达性分析)**  ####

> 如果一个对象不再用了,就说明是垃圾了
> 
> 在 Java 中,对象的使用,需要凭借 引用
> 
> 假设如果有一个对象,已经没有任何引用能够指向他了,这个对象自然也就无法再被使用了
> 
> 所以最关键的要点就是:
> 
> **通过引用来判定当**
> 
> **前对象是否还能被使用了,没有引用指向就视为是无法被使用**

两种常见的,判定对象是否存在引用的方法

**1. 引用计数 \[不是 JVM 采取的方法, 比如 Python,PHP\]**

> **给每个对象都加上个计数器,这个计数器就表示 "当前的对象有几个引用"**
> 
> **当引用计数器, 数值为 0 时, 就说明当前这个对象已经无人能够使用了,此时就可以进行释放了**

![bb738513492a435b8ac3dd249cf43fe6.png][]

> 引用计数的优点: 简单,容易实现,执行效率比较高
> 
> 缺点:
> 
>  **(1) 空间利用率比较低, 尤其是小对象**
> 
> (比如,计数器是个 int, 如果你的对象本身里面只有一个 int 成员,利用率低)
> 
>  **(2) 可能会出现循环引用的情况** 
> 
> ![95e277f7414c48cfa59304c72a121363.png][]

**2. 可达性分析 \[是 JVM 采用的方法, java\]**

> 约定一些特定的变量,成为 **"GC roots"**
> 
> **哪些对象可以作为 GC roots？**
> 
> 1.  虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）；
> 2.  方法区中类的静态属性引用的对象；
> 3.  方法区中常量引用的对象；
> 4.  本地方法栈中 JNI （Native）引用的对象；
> 
> **每隔一段时间,从 GC toots 出发, 进行遍历, 看看当前哪些变量是能够被访问到的**
> 
> **能被访问到的遍历就称为是 "可达" (否则就是 "不可达")**

--------------------

#### ? 3.3.2 具体是怎么回收的 (标记清除/复制算法/标记整理/分代回收) ####

> 1.  标记清除
> 2.  复制算法
> 3.  标记整理
> 4.  **分代回收**

**(1) 标记清除**

![dbc5e6b53d5e46b6a19bf3118fe3ce1c.png][]

> 这种方式有一个最大的问题: **内存碎片**
> 
> 会导致整个内存 "支离破碎"
> 
> 比如假设上述每个深色的区域是 1k,此时整个有 4k 空闲空间,但是由于此时内存是分散的,导致如果想申请 2k 的内存空间,是申请不了的

**(2) 复制算法**

> 复制算法,可以很好的解决 标记清除 带来的 内存碎片问题
> 
> 但是 复制算法 的缺点是:
> 
> 1.  **空间利用率更低了** (用一半丢一半)
> 2.  如果一轮 GC 过去,大部分对象要保留,只有少部分对象要回收,此时这个复制的**开销就很大了**

![270b264a5e4442e6a0f1206021587d64.png][]

**(3) 标记整理**

> 类似于 顺序表 删除元素,  **标记整理主要就是 搬运操作**
> 
> 这个方式,相对于上述的复制算法来说,空间利用率比之前高,同时也还是能够解决内存碎片问题,但是**搬运操作是比较耗时的**

![26d8c155a71541c98854b9f61a6fe97b.png][]

**(4) 分代回收**

> 上面的三种方式,都是很非常好的方法,都有各自的特点
> 
> 所以就需要**根据实际的场景,选择对应的解决方法**
> 
> 这就有了 "分代回收" 的策略, **就是把上面的方法都综合在一起**
> 
> **根据对象不同的特点,采取不同的回收方式**
> 
> **这里的根据对象不同的特点: 是根据对象的年龄(依据 GC 的轮次来算的)来划分的**
> 
> 有一组线程,周期性的扫描代码中所有的对象,如果一个对象,经历了一次 GC 没有被回收,就认为年龄 +1

根据对象的年龄进行分类,把堆中的对象分为了,

**新生代(年龄小的对象) 和 老年代 (年龄大的对象)**

![b9dd0c46f4db4caea99d77d93ad8d73f.png][]

但是还有个特殊情况就是

> **如果对象是一个非常大的对象,则直接进入老年代**
> 
> 因为对一个大的对象进行复制算法,开销太大了
> 
> 并且这是一个比较大的对象, 既然能创建这么大的对象,那肯定也不是立即就销毁的

[7bc30e24746e4d0eaa6951d2b9b837a2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/17570eca4b8447a8801ec247ed29e20c.png
[1a2ab01de36e43189025e8c2846917dc.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/5344331a96e745b2a05ea0c8cae6015a.png
[9804688e412f4a018987b553dbf5bb52.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/eaa4d11cd1be437fb81a9646929f83f0.png
[271de7134f4c4f97839fa4b850acfd6d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/c680da9f264746bebcabb197380d1fb6.png
[33dec226b3894d41b79f51a7d66d1f3f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/718d63503d1c4607bafb65fc0a6e020d.png
[19019cf50f6c49c196b4cf5635a39f58.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/6ce504809e0a47d98dd31802b37be202.png
[bb738513492a435b8ac3dd249cf43fe6.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/636974d9d8604b8c8b41d90699ab1849.png
[95e277f7414c48cfa59304c72a121363.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/ede7bd1ee30d47bfa890123bf661a40c.png
[dbc5e6b53d5e46b6a19bf3118fe3ce1c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/4d52986b207c47e7b721370e86535bce.png
[270b264a5e4442e6a0f1206021587d64.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/8ad78cc7c322408293a48204b910d540.png
[26d8c155a71541c98854b9f61a6fe97b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/9786dc46fccd4c38b9b30c6e1d8b18a5.png
[b9dd0c46f4db4caea99d77d93ad8d73f.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/20/d79d383f7efd499097e4b8909992615d.png