柚子快報(bào)邀請(qǐng)碼778899分享：JVM對(duì)象分配和垃圾回收機(jī)制

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一、對(duì)象創(chuàng)建

1.1 符號(hào)引用

new 創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，需要在JVM創(chuàng)建對(duì)象。

符號(hào)引用：目標(biāo)對(duì)象采用一個(gè)符號(hào)表示，類(lèi)A加載的時(shí)候，如果成員變量類(lèi)B還沒(méi)有被加載進(jìn)來(lái)，采用一個(gè)符號(hào)（字面量）來(lái)表示，這種引用就稱(chēng)為符號(hào)引用。

直接引用：真實(shí)地址。

檢查加載的時(shí)候，檢查類(lèi)B是否加載，已加載的話(huà)，將符號(hào)引用修改為直接引用。

1.2 JVM創(chuàng)建對(duì)象過(guò)程

1）檢查加載，new指令創(chuàng)建對(duì)象，首先需要檢查對(duì)象對(duì)應(yīng)的Class類(lèi)是否已經(jīng)加載。未加載需要先加載類(lèi)。

2）分配內(nèi)存：在堆空間劃出一塊確定的內(nèi)存，分配給對(duì)象。因?yàn)镴AVA支持多線(xiàn)程，分配對(duì)象的需要考慮并發(fā)安全性。

3）內(nèi)存空間初始化：對(duì)象創(chuàng)建以后，成員初始值賦“零”值。

4）設(shè)置：

5）對(duì)象初始化

1.3 劃分內(nèi)存的方式

劃分內(nèi)存有兩種方式：指針碰撞和空閑列表。

指針碰撞：如果Java堆中內(nèi)存是絕對(duì)規(guī)整的，所有用過(guò)的內(nèi)存都放在一邊，空閑的內(nèi)存放在另一邊，中間放著一個(gè)指針作為分界點(diǎn)的指示器，那分配內(nèi)存就僅僅是把那個(gè)指針向空閑空間那邊挪動(dòng)一段與對(duì)象大小相等的距離，這種分配方式稱(chēng)為"指針碰撞"。

指針碰撞適用于Serial和ParNew等不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片的垃圾收集器。 新生代通常使用指針碰撞進(jìn)行內(nèi)存分配。

空閑列表：如果Java堆中的內(nèi)存并不是規(guī)整的，已使用的內(nèi)存和空閑的內(nèi)存相互交錯(cuò)，那就沒(méi)有辦法簡(jiǎn)單地進(jìn)行指針碰撞了，虛擬機(jī)就必須維護(hù)一個(gè)列表，記錄上哪些內(nèi)存塊是可用的，在分配的時(shí)候從列表中找到一塊足夠大的空間劃分給對(duì)象實(shí)例，并更新列表上的記錄，這種分配方式稱(chēng)為"空閑列表"。

1.3.1 比較

指針碰撞效率比較高，采用指針碰撞的決定性因素：堆空間是否規(guī)整。

1.4?線(xiàn)程并發(fā)對(duì)象創(chuàng)建安全

Java支持多線(xiàn)程并發(fā)，因此劃分內(nèi)存分配對(duì)象的時(shí)候，一定存在并發(fā)安全問(wèn)題。

CAS

線(xiàn)程分配內(nèi)存的時(shí)候，首先查詢(xún)空閑位置，然后通過(guò)CAS操作，采用CAS操作向空閑內(nèi)存位置申請(qǐng) 對(duì)應(yīng)對(duì)象大小的空間，如果申請(qǐng)成功，則分配成功；如果申請(qǐng)失敗，則說(shuō)明此空閑位置已經(jīng)被別的線(xiàn)程占據(jù)，此位置已經(jīng)不是空閑位置。繼續(xù)上面的操作，查找下一個(gè)可用的空閑位置進(jìn)行分配。

CAS是一種無(wú)鎖機(jī)制，CPU指令，原子指令。?

TLAB

指本地線(xiàn)程分配緩沖（Thread Local Allocation Buffer,TLAB）

TLAB的目的是在為新對(duì)象分配內(nèi)存空間時(shí)，讓每個(gè)Java應(yīng)用線(xiàn)程能使用自己專(zhuān)屬的分配指針來(lái)分配空間，減少同步開(kāi)銷(xiāo)。

TLAB只是讓每個(gè)線(xiàn)程擁有私有的分配指針，但底下存對(duì)象的內(nèi)存空間還是給所有線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)的，只是其它線(xiàn)程無(wú)法在這個(gè)區(qū)域分配而已。當(dāng)一個(gè)TLAB用滿(mǎn)（分配指針top撞上分配極限end了），就新申請(qǐng)一個(gè)TLAB?？臻g換時(shí)間

開(kāi)啟參數(shù) -XX+UseTLAB

1.5 對(duì)象的內(nèi)存空間分布

對(duì)象在內(nèi)存中的分配，包括 對(duì)象頭（MarkWork 8字節(jié)+ 類(lèi)型指針4字節(jié)），實(shí)例數(shù)據(jù)（對(duì)象成員）+對(duì)齊位。

1.5.1 對(duì)齊填充

對(duì)象要求是8個(gè)字節(jié)的整數(shù)倍，?當(dāng)對(duì)象分配空間不足8的倍數(shù)時(shí)，自動(dòng)填充補(bǔ)齊。

1.5.2 數(shù)組對(duì)象的空間分布

?數(shù)組對(duì)象：對(duì)象頭（MarkWord 8字節(jié)+類(lèi)型指針4字節(jié)）+數(shù)組長(zhǎng)度（4字節(jié)）+對(duì)齊位。

數(shù)組對(duì)象與普通對(duì)象相比，多了一個(gè)數(shù)組長(zhǎng)度的字段，標(biāo)記數(shù)組長(zhǎng)度。

1.6 對(duì)象的訪(fǎng)問(wèn)定位

1.6.1 使用句柄訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象

引用存儲(chǔ)的是一個(gè)地址，該地址是句柄的地址，而句柄是一種結(jié)構(gòu)，分別存儲(chǔ) 實(shí)例指針和類(lèi)型指針 這兩種指針，（實(shí)例指針是指向堆中的對(duì)象實(shí)例，而類(lèi)型指針指向的是在方法區(qū)中該對(duì)象所屬類(lèi)型）。當(dāng)要訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象時(shí)，先通過(guò)引用訪(fǎng)問(wèn)句柄，再通過(guò)句柄訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象實(shí)例以及對(duì)象類(lèi)型信息。句柄是存儲(chǔ)在堆中的，如果使用這種方式，那么就會(huì)從堆中分出一塊內(nèi)存用作句柄池。

1.6.2 使用直接指針訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象

引用存儲(chǔ)的是對(duì)象實(shí)例在堆中的地址，通過(guò)引用可以直接訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象實(shí)例。

比較

1）直接指針訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象的優(yōu)點(diǎn)：效率高，一次就可以找到對(duì)象。缺點(diǎn)是垃圾收集器移動(dòng)對(duì)象時(shí)需要修改引用，因?yàn)槔厥丈婕皩?duì)象移動(dòng)，對(duì)象的實(shí)際地址會(huì)有變化。

2）句柄訪(fǎng)問(wèn)模式的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)象經(jīng)過(guò)多次移動(dòng)時(shí)，虛擬機(jī)只需要修改句柄中的指向?qū)ο髮?shí)例的指針即可，不用修改引用。垃圾回收時(shí)效率高。缺點(diǎn)是需要額外維護(hù)對(duì)象池，訪(fǎng)問(wèn)對(duì)象效率低，需要兩個(gè)步驟才能得到對(duì)象實(shí)例。

目前虛擬機(jī)主要使用的直接指針訪(fǎng)問(wèn)的方式。因?yàn)樵L(fǎng)問(wèn)對(duì)象的頻率要遠(yuǎn)高于垃圾回收的頻率。

1.7 對(duì)象存活判斷

在JVM中，對(duì)象是自動(dòng)化的回收機(jī)制，用戶(hù)只需要管對(duì)象的創(chuàng)建，不要手動(dòng)去釋放對(duì)象，JVM垃圾收集器負(fù)責(zé)判斷哪些對(duì)象是垃圾，并且對(duì)垃圾對(duì)象的回收。

1.7.1 垃圾對(duì)象判斷算法

1.7.1.1 引用計(jì)數(shù)法

引用計(jì)數(shù)算法是通過(guò)判斷對(duì)象的引用數(shù)量來(lái)決定對(duì)象是否可以被回收。引用數(shù)為0時(shí)，說(shuō)明對(duì)象沒(méi)有被其他對(duì)象引用，可回收。

實(shí)現(xiàn)方式：

給對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值就加1；當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器值就減1；任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象就是可被回收的對(duì)象。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、高效

缺點(diǎn)：很難處理循環(huán)引用，相互引用的兩個(gè)對(duì)象則無(wú)法釋放。因此目前主流的Java虛擬機(jī)都摒棄掉了這種算法。

python使用的引用計(jì)數(shù)法。對(duì)于循環(huán)引用怎么解決？通過(guò)開(kāi)啟一個(gè)額外線(xiàn)程檢測(cè)是否存在循環(huán)應(yīng)用，村換引用的對(duì)象特殊處理。

1.7.1.2 可達(dá)性分析算法

又叫根可達(dá)算法，從GC Roots（每種具體實(shí)現(xiàn)對(duì)GC Roots有不同的定義）作為起點(diǎn)，向下搜索它們引用的對(duì)象，可以生成一棵引用樹(shù)，樹(shù)的節(jié)點(diǎn)視為可達(dá)對(duì)象，反之視為不可達(dá)。引用樹(shù)上的節(jié)點(diǎn)，都是可達(dá)的，需要存活。

1.7.1.2.1 GC Roots

GC Roots包括四類(lèi)：靜態(tài)變量，虛擬機(jī)棧變量，常量池，JNI指針（JNI創(chuàng)建的對(duì)象）

這種情況下，即使存在循環(huán)引用，但是不在引用樹(shù)中，可以回收。?

除了這四種GC Roots，還存在其他的嗎？

內(nèi)部引用：Class對(duì)象、異常對(duì)象、類(lèi)加載器

內(nèi)部鎖：synchronized對(duì)象

內(nèi)部對(duì)象：JMXBean

臨時(shí)對(duì)象：跨代引用

1.8 Class對(duì)象回收的條件

Class對(duì)象回收的條件比較苛刻。滿(mǎn)足所有的條件：

1）Class new出的對(duì)象都要被回收掉；

2）對(duì)應(yīng)的類(lèi)加載也要被回收；

3）沒(méi)有通過(guò)反射使用Class類(lèi)

4）沒(méi)有 up-level 依賴(lài)的類(lèi)（即正在加載的類(lèi)引用了正在初始化的超類(lèi)或接口）。沒(méi)有被其他Class類(lèi)引用。

5）參數(shù)控制允許回收Class對(duì)象。

-Xnoclassgc: 應(yīng)用類(lèi)GC

當(dāng)您在啟動(dòng)時(shí)指定-Xnoclassgc時(shí)，應(yīng)用程序中的類(lèi)對(duì)象在GC期間將保持不變，并且將始終被視為活動(dòng)的。這可能會(huì)導(dǎo)致更多的內(nèi)存被永久占用，如果不小心使用，會(huì)引發(fā)內(nèi)存不足異常。

1.9 對(duì)象的自我拯救Finalize

1.10 各種引用

強(qiáng)引用：存在引用時(shí)，不會(huì)被會(huì)受到，即使內(nèi)存不足時(shí)，會(huì)拋出OutOfMemary

軟引用：內(nèi)存不足時(shí)可以被回收掉

弱引用：只要執(zhí)行GC就可以被回收掉

虛引用：隨時(shí)被回收掉。

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

二、對(duì)象分配原則

幾乎所有的對(duì)象都在堆中分配。?

2.1 棧上對(duì)象分配

兩個(gè)條件：熱點(diǎn)代碼+逃逸分析

2.1.1 逃逸分析

對(duì)象的存活聲明周期能不能逃出這個(gè)方法。

分配在棧中的對(duì)象，不能被其他線(xiàn)程共享。

開(kāi)啟開(kāi)關(guān)：?-XX:+DoEscapeAnalysis?

啟用逃逸分析。默認(rèn)是開(kāi)啟的。只有Java HotSpot Server VM支持這個(gè)選項(xiàng)。

2.2 大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

只有Serial和ParNew這兩款垃圾收集器才生效。

啟動(dòng)條件：-XX:PretenureSizeThreshold=4m，

new的對(duì)象超過(guò)4M直接進(jìn)入老年代。

2.3 長(zhǎng)期存活的隊(duì)形進(jìn)入老年代

對(duì)象在新生代創(chuàng)建以后，結(jié)果一次垃圾收集，仍然存活的對(duì)象，age=age+1，年齡增長(zhǎng)1歲。當(dāng)年齡達(dá)到15時(shí)，此對(duì)象需要進(jìn)階老年代。

允許設(shè)置最大年齡，不能超過(guò)15歲。

-XX:MaxTenuringThreshold=threshold

2.4 動(dòng)態(tài)年齡判斷

最大年齡太小的話(huà)，導(dǎo)致對(duì)象不能盡可能的回收，快速進(jìn)入老年代，導(dǎo)致老年代臃腫；

年齡太大的話(huà)，長(zhǎng)期存活的對(duì)象反復(fù)進(jìn)行回收檢測(cè)，浪費(fèi)效率；

當(dāng)前存放對(duì)象的Surnvivor區(qū)域里(其中一塊區(qū)域，存放對(duì)象的那塊s區(qū))，一批對(duì)象的總大小大于這塊Sunvivor區(qū)域內(nèi)存大小的50%(由-XX:TargetSurvivorRatio參數(shù)指定)，那么此時(shí)大于等于這批對(duì)象年齡最大值的對(duì)象，就可以直接進(jìn)入老年代了。

這個(gè)規(guī)則其實(shí)是希望那些可能是長(zhǎng)期存活的對(duì)象，盡早進(jìn)入老年代。 對(duì)象動(dòng)態(tài)年齡判斷機(jī)制一般是在minor gc之后觸發(fā)的。

2.5 空間分配擔(dān)保

為什么要設(shè)置老年代空間分配擔(dān)保機(jī)制？

空間擔(dān)保分配是指在發(fā)生Minor GC之前只要老年代的連續(xù)空間 大于 新生代對(duì)象總大小或者歷次晉升的平均大小 就會(huì)進(jìn)行Minor GC，否則將進(jìn)行Full GC。

內(nèi)存分配是在JVM在內(nèi)存分配的時(shí)候，新生代內(nèi)存不足時(shí)，把新生代的存活的對(duì)象搬到老生代，然后新生代騰出來(lái)的空間用于為分配給最新的對(duì)象。這里老生代是擔(dān)保人。在不同的GC機(jī)制下，也就是不同垃圾回收器組合下，擔(dān)保機(jī)制也略有不同。在Serial+Serial Old的情況下，發(fā)現(xiàn)放不下就直接啟動(dòng)擔(dān)保機(jī)制；在Parallel Scavenge+Serial Old的情況下，卻是先要去判斷一下要分配的內(nèi)存是不是**>=Eden區(qū)大小的一半**，如果是那么直接把該對(duì)象放入老生代，否則才會(huì)啟動(dòng)擔(dān)保機(jī)制。

?2.6 分代垃圾收

2.6.1 什么是垃圾回收？

JAVA特有功能，垃圾收集意味著程序不再需要的對(duì)象是無(wú)用信息，這些信息將被丟棄回收。

2.6.2 分代垃圾回收

MinorGC/YoungGC: 新生代垃圾回收

MajorGC: 老年代垃圾回收，只有CMS

FullFC: 堆區(qū)域全部垃圾回收（新生代和老年代）

2.7 垃圾回收算法?

垃圾回收有三種主要算法：復(fù)制算法，

2.7.1 復(fù)制算法

原理：把內(nèi)存空間一份為二，一半用于保存對(duì)象，一半用于預(yù)留空間。當(dāng)進(jìn)行垃圾回收時(shí)，將所有存活對(duì)象從工作空間復(fù)制到預(yù)留空間。復(fù)制完成后，對(duì)工作空間整體清理。

新生代絕大部分對(duì)象都是朝生夕死。

?

優(yōu)化復(fù)制算法，劃分Eden區(qū)。Eden區(qū)：S1:S2=8:1:1，空間利用率能夠達(dá)到90%。

加強(qiáng)版的復(fù)制算法。

2.7.2 標(biāo)記清除算法

原理：采用可達(dá)性分析算法，標(biāo)記存貨對(duì)象，清理掉垃圾對(duì)象。這種清理算法會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)的空閑內(nèi)存區(qū)域。

2.7.3 標(biāo)記-整理算法

原理：采用可達(dá)性分析算法標(biāo)記存活對(duì)象，對(duì)存活對(duì)象進(jìn)行整理，然后清理垃圾對(duì)象。?

對(duì)象移動(dòng)后，哈希值變化嗎？

會(huì)變化。

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