JVM原理(一)

1、JVM总体结构图

2、JVM堆结构图以及分代

复制算法：

　　1、新生成的对象存放在Eden区和from区

　　2、当Eden区内存不够，虚拟机将发起一次MinorGC

　　3、GC进行时，Eden区中所有存活的对象都会被复制到to区

　　4、年龄阀值达到15的会被放到老年代中

　　5、年龄阀值没有达到15的会被复制到to区

　　6、清空form区和Eden区

　　7、from区和to区交换角色。

总结：在一轮GC后都会保证to区是空的。

3、JVM垃圾回收算法

　　3.1、复制算法（copy）

　　3.2、标记 – 清除算法（Mark – Sweep）

　　　　此算法分为两个阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时会产生内存碎片（内存不连续）。如下图所示：

　　3.3、标记 – 整理算法（Mark – Compact）

　　此算法结合了复制算法和标记清除算法的优点。也是分为两个阶段。第一阶段，从根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，清除未标记对象并且将存活对象“压缩”

　　到堆的一块按顺序排放，此算法避免了内存碎片的产生和节省了内存空间。

　　4、JVM中的垃圾收集器

　　　　新生代收集器（MinorGC）

　　　　　　负责对Eden区对象进行GC操作。

　　　　老年代收集器（FullGC）

　　　　　　负责对老年代区的对象进行GC操作。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　上图展示了7种作用于不同分代的收集器，如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。

　　　　并行：GC线程执行程序，和用户线程无关。

            并发：GC线程和用户线程一起运行。

　　　　4.1、Serial收集器

　　　　Serial收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器。是单线程的收集器。它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集完成。

　　Serial收集器依然是虚拟机运行在Client模式下默认新生代收集器，对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。

　　4.2、ParNew收集器

　　ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集之外，其余行为包括Serial收集器可用的所有控制参数、收集算法、Stop The Worl、对象分配规则、回收策略等都与Serial 收集器完全一样。

　　ParNew收集器是许多运行在Server模式下的虚拟机中首选新生代收集器，其中有一个与性能无关但很重要的原因是，除Serial收集器之外，目前只有ParNew它能与CMS收集器配合工作。

　　4.3、Parallel Scavenge（并行回收）收集器　

　　　　Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器，它也是使用复制算法的收集器，又是并行的多线程收集器

　　该收集器的目标是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。所谓吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即 吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间）

　　停顿时间越短就越适合需要与用户交互的程序，良好

　　的响应速度能提升用户体验，而高吞吐量则可用高效率地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。

　　Parallel Scavenge收集器提供两个参数用于精确控制吞吐量，分别是控制最大垃圾收起停顿时间的

　　-XX:MaxGCPauseMillis参数以及直接设置吞吐量大小的-XX:GCTimeRatio参数

　　Parallel Scavenge收集器还有一个参数：-XX:+UseAdaptiveSizePolicy。这是一个开关参数，当这个参数打开后，就不需要手工指定新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比例（-XX:SurvivorRatio）、　晋升老年代对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等细节参数，只需要把基本的内存数据设置好（如-Xmx设置最大堆），然后使用MaxGVPauseMillis参数或GCTimeRation参数给虚拟机设立一个优化目标。

自适应调节策略也是Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别

　　4.4、Serial Old 收集器

 　　Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用标记整理算法。这个收集器的主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。

　　4.5.Parallel Old 收集器

　　Parallel Old 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法。这个收集器在1.6中才开始提供。

　　4.6.CMS收集器

　　　　CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务器的响应速度，希望系  　　统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求

　　CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的。它的运作过程相对前面几种收集器来说更复杂一些，整个过程分为4个步骤：

　　（1）初始标记

　　（2）并发标记

　　（3）重新标记

　　（4）并发清除

　　其中，初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”.

　　CMS收集器主要优点：并发收集，低停顿。

　　CMS三个明显的缺点：

　　（1）CMS收集器对CPU资源非常敏感。CPU个数少于4个时，CMS对于用户程序的影响就可能变得很大，为了应付这种情况，虚拟机提供了一种称为“增量式并发收集器”的CMS收集器变种。所做的事情和单　CPU年代PC机操作系统使用抢占式来模拟多任务机制的思想

　　（2）CMS收集器无法处理浮动垃圾，可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次Full GC的产生。在JDK1.5的默认设置下，CMS收集器当老年代使用了68%的空间后就会被激活，这是一个偏保守的设置，如果在应用中蓝年代增长不是太快，可以适当调高参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的值来提高触发百分比，以便降低内存回收次数从而获取更好的性能，在JDK1.6中，CMS收集器的启动阀值已经提升至92%。

　　（3）CMS是基于“标记-清除”算法实现的收集器，收集结束时会有大量空间碎片产生。空间碎片过多，可能会出现老年代还有很大空间剩余，但是无法找到足够大的连续空间来分配当前对象，不得不提前出发FullGC。为了解决这个问题，CMS收集器提供了一个-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection开关参数（默认就是开启的），用于在CMS收集器顶不住要进行FullGC时开启内存碎片合并整理过程，内存整理的过程是无法并发的，空间碎片问题没有了，但停顿时间变长了。虚拟机设计者还提供了另外一个参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction,这个参数是用于设置执行多少次不压缩的Full GC后，跟着来一次带压缩的（默认值为0，标识每次进入Full GC时都进行碎片整理）

　　4.7. G1收集器

G1收集器的优势：

（1）并行与并发

（2）分代收集

（3）空间整理 （标记整理算法，复制算法）

（4）可预测的停顿（G1处处理追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已经实现Java（RTSJ）的来及收集器的特征）

使用G1收集器时，Java堆的内存布局是整个规划为多个大小相等的独立区域（Region）,虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region的集合。

G1收集器之所以能建立可预测的停顿时间模型，是因为它可以有计划地避免在真个Java堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获取的空间大小以及回收所需要的时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region（这也就是Garbage-First名称的又来）。这种使用Region划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了G1收集器在有限的时间内可以获取尽量可能高的灰机效率

G1 内存“化整为零”的思路

在GC根节点的枚举范围中加入Remembered Set即可保证不对全堆扫描也不会遗漏。

如果不计算维护Remembered Set的操作，G1收集器的运作大致可划分为一下步骤：

（1）初始标记

（2）并发标记

（3）最终标记

（4）筛选回收