目的

本文討論了 JDK8 及更高版本的堆內(nèi)存和棧內(nèi)存管理的基本概念。以及 GC 及其算法的基礎(chǔ)知識。

內(nèi)存管理的重要性

Java 垃圾收集器不能確保堆內(nèi)存完全空閑，而且對于開發(fā)人員來說，不可能強制垃圾收集器在特定時間運行。因此，了解 Java 中的內(nèi)存管理是如何工作的對開發(fā)程序會很有幫助。

了解內(nèi)存管理有助于編寫優(yōu)化的內(nèi)存效率代碼，并有助于避免程序中任何與內(nèi)存相關(guān)的問題，這些問題可能導(dǎo)致應(yīng)用程序運行緩慢，并有助于避免 StackOverFlowError 和 OutOfMemoryError 等錯誤。

棧內(nèi)存

棧是一種線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是 Java 分配的靜態(tài)內(nèi)存，用于存儲堆對象引用，也存儲 Java 原始類型值。棧以后進先出 (LIFO) 順序訪問內(nèi)存，并且棧比堆內(nèi)存快。

每個線程在內(nèi)存中創(chuàng)建自己的棧，這反過來又使棧內(nèi)存線程安全。

Java 中的方法僅訪問方法體(方法范圍內(nèi))內(nèi)的棧內(nèi)存中的對象。當(dāng)方法執(zhí)行完成時，該方法對應(yīng)的塊會從棧中清除。

在上面的程序中，我們可以看到，當(dāng)控件到達main方法時，棧中會有一個args的入口。然后當(dāng)控件在下一行時，一個新條目被添加到棧中。

當(dāng)控件超出方法的范圍時，引用將從棧中刪除。

如果棧內(nèi)存已滿，JVM 會拋出 StackOverFlowError。

堆內(nèi)存

堆用于JVM在運行時為Java對象動態(tài)分配內(nèi)存。任何新對象都存儲在堆中，并且對象的引用(示例變量)存儲在棧中。您可以在下面的示例中看到示例代碼的變量如何存儲在堆和堆棧中。

下面是上述代碼片段在堆中的內(nèi)存分配。

堆內(nèi)存可以分解成更小的部分，稱為代，它們是年輕代、年老/終身代和永久代。

年輕一代

所有新對象都在此內(nèi)存段中分配。 年輕代由 Eden 和兩個 Survivor 空間組成。當(dāng) Eden 填滿時，垃圾收集發(fā)生在年輕代上，這稱為 Minor GC。在 Minor GC 期間，來自年輕代的引用對象被移動到 Survivor 空間 #1，并且對象的年齡增加。

例如，在下圖中，“對象 1”和“對象 2”將在第一次 Minor GC 之后移動到 Survivor 空間 #1，并且它們將具有指定的年齡。如果“對象 1”在第一次 Minor GC 中幸存下來，則年齡為零?，F(xiàn)在如果“對象 1”在下一次 Minor GC 中也幸存下來，那么它將被移動到幸存者空間 2，并且年齡將再次增加。

在第二次 Minor GC 期間，駐留在 Survivor 空間 #1 中的對象(具有引用)將被移動到 Survivor #2，并且年齡將增加(即根據(jù)示例年齡將從零變?yōu)橐?。并且從完整的年輕代空間中所有未引用的對象都將被刪除。

老一代

老年代是存放長壽命對象(最老的對象)的地方。 年輕代對象有年齡的上限或閾值。 一旦對象達到該上限，則該對象將移至老一代或終身代。

終身代

這部分堆內(nèi)存用于存儲運行時類和方法的元數(shù)據(jù)。 從 JDK 8 開始，這部分內(nèi)存已被 Java 完全刪除，并被 Metaspace 概念所取代。您仍然可以設(shè)置 --XX:PermSize 和 -XX:MaxPermSize 配置。但是，如果您在 JDK 8 或更高版本上運行應(yīng)用程序，則會在運行時收到警告。

元空間

這是從 JDK 8 版本開始引入的，它是一個可調(diào)整大小的內(nèi)存區(qū)域并從本機內(nèi)存中分配。元空間保存類元數(shù)據(jù)，它不是一個連續(xù)的內(nèi)存位置。

每當(dāng) Metaspace 達到為 Metaspace 分配的最大大小時，Java 就會觸發(fā)自動 GC 以釋放 Metaspace 內(nèi)存。

元空間選項是 -XX:MetaspaceSize=size 和 -XX:MaxMetaspaceSize=size

垃圾收集

Java程序編譯并更改為字節(jié)碼并在JVM(Java虛擬機)上運行。Java 程序的對象是在該程序的專用堆內(nèi)存上創(chuàng)建的。隨著時間的推移，會創(chuàng)建更多對象，并且程序不再需要一些對象(未引用和取消范圍)。垃圾回收是 Java 執(zhí)行自動內(nèi)存管理并通過刪除未引用對象來釋放內(nèi)存空間的過程。

JVM 結(jié)合了不同的垃圾收集算法。垃圾收集算法檢查內(nèi)存中的每個引用對象，其余對象被視為垃圾收集。

GC算法的類型

以下是 JVM 可用的 4 種類型的 GC 算法。

• 并行GC
• 串行GC
• 并發(fā)標(biāo)記和掃描
• G1 垃圾優(yōu)先

并行GC

專為具有中等或大量數(shù)據(jù)的多線程應(yīng)用程序而設(shè)計，在多處理器環(huán)境中運行良好。但它會在垃圾收集期間凍結(jié)所有應(yīng)用程序線程。 JVM 選項是 -XX:+UseParallelGC ，您可以選擇使用 -XX:ParallelGCThreads= 設(shè)置并行線程數(shù)。

串行GC

主要設(shè)計用于單線程環(huán)境。 Liek Parallel GC，它還會在垃圾收集期間凍結(jié)所有應(yīng)用程序線程。JVM 選項是 -XX:+UseSerialGC。

并發(fā)標(biāo)記和滲漏(CMS)

這是一個并發(fā) GC，旨在縮短 GC 暫停時間，并且不需要停止正在運行的應(yīng)用程序來執(zhí)行 GC。這就是為什么這個過程比串行或并行 GC 慢的原因。

它使用多線程進行垃圾收集，并且可以與垃圾收集器共享處理器資源。JVM 選項是 -XX:+UseConcMarkSweepGC。

G1 垃圾收集器(G1GC)

這是另一種最高效的并發(fā) GC，專為具有大量內(nèi)存的多處理器環(huán)境而設(shè)計。JVM 選項是 -XX:+UseG1GC。

選擇 GC 算法的參數(shù)

除非您對 GC 時間有特定要求并且需要放置其他規(guī)范，否則最好讓 JVM 自己選擇 GC 算法。

如果要選擇和配置 GC 算法，那么需要考慮的參數(shù)很少，如堆大小、CPU 核心數(shù)、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)集體積、吞吐量、暫停時間、延遲。

a、堆大小 - 分配給 JVM 的內(nèi)存總量。更大的堆大小意味著 GC 將花費更多時間。更大的堆內(nèi)存意味著與更少的堆內(nèi)存相比，JVM 觸發(fā) GC 的頻率不會那么頻繁。JVM 選項是 -Xms=和 -Xmx=，其中 -Xms 表示最小值，-Xmx 是最大值。

b、CPU 核心 - GC 算法因 CPU 核心數(shù)量而異。其中一些是為單核 CPU 設(shè)計的，一些是為多核 CPU 設(shè)計的。

c、應(yīng)用程序數(shù)據(jù)集 - 這是指應(yīng)用程序使用的對象數(shù)量。創(chuàng)建更多數(shù)量的新對象，導(dǎo)致填充年輕代空間，需要更多的 GC 時間來釋放內(nèi)存。

d、吞吐量 - 它是完成應(yīng)用程序任務(wù)所需的總時間(GC 外)的百分比。它與分配給 JVM 的內(nèi)存成反比。

e、暫停時間 - GC 算法在內(nèi)存回收期間停止應(yīng)用程序所花費的時間。它根據(jù)不同的GC算法而有所不同。JVM 選項是 -XX:MaxGCPauseMillis=

f、延遲 - 它是應(yīng)用程序的響應(yīng)時間，直接取決于 GC 暫停時間。

根據(jù)上述參數(shù)，您必須選擇最適合您的應(yīng)用的 GC 算法。例如：

• ·如果應(yīng)用程序很小并且使用較小的數(shù)據(jù)集并且在沒有暫停時間要求的單處理器上運行，則串行 GC。
• 如果應(yīng)用程序性能是最高優(yōu)先級，則并行 GC。
• ·當(dāng)應(yīng)用程序的響應(yīng)時間很重要時，G1GC 或 CMS 因為它在運行 GC 時不會保留應(yīng)用程序。

原文鏈接：https://dzone.com/articles/jvm-memory-architecture-and-gc