简述JVM、GC-白红宇

简述JVM、GC

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发布时间：2019-06-19

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一、JVM

Java Virtual Machine，Java虚拟机。它是一个虚构出来的计算机，是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM有自己完善的硬件架构，如处理器、堆栈、寄存器等，还具有相应的指令系统。Java语言最重要的特点就是跨平台运行。使用JVM就是为了支持与操作系统无关，实现跨平台。

二、JRE、JVM、JDK

JRE（Java Runtime Environment），也就是Java平台。所有的Java程序都要在JRE下才能运行。JDK的工具也是Java程序，也需要JRE才能运行。为了保持JDK的独立性和完整性，在JDK的安装过程中，JRE也是安装的一部分。所以，在JDK的安装目录下有一个名为jre的目录，用于存放JRE文件。

JVM（Java Virtual Machine）是JRE的一部分，jvm有自己完善的硬件架构，如处理器，堆栈，寄存器等，还有相应的指令系统，java语言最重要的特点就是跨平台运行，使用jvm就是为了支持与操作系统无关。

JDK（Java Development Kit）是程序开发者用来编译，调试java程序用的开发工具包。

三、JVM执行程序的过程

JVM是Java程序运行的容器，负责与操作系统的交互，用来屏蔽操作系统环境，提供一个完整的Java运行环境，但是他同时也是操作系统的一个进程，因此也有自己的运行生命周期，也有自己的代码和数据空间。JVM执行程序的过程有以下三点

1、加载.class文件

2、管理并分配内存

3、执行垃圾收集GC

四、JVM生命周期

4.1、jvm实例对应了一个独立运行的java程序，是进程级别

启动：启动一个java程序时，一个jvm实例就产生了，任何一个拥有main()的class都可以作为jvm实例运行的起点；

运行：main() 作为该程序初始线程的起点，任何其他线程均由该线程启动。jvm内部有2中线程：守护线程和非守护线程。main() 属于非守护线程。守护线程是jvm自身使用，java程序也可以表明自己创建的线程是守护线程；

消亡：当程序中的所有非守护线程终止时，jvm才退出；若安全管理器允许，程序也可以使用Runtime类或者System.exit()来退出。

4.2、jvm执行引擎实例则对应了属于用户执行程序的线程，是线程级别的

五、JVM体系结构

.类加载器（用来装载.class文件）

.执行引擎（执行字节码，或者执行本地方法）

.运行时数据区（方法区.堆.java栈.pc寄存器.本地方法栈）

六. JVM运行时数据区

第一块：PC Register
- pc寄存器是用于存储每个线程下一步执行的jvm指令，如方法是native的，则pc寄存器中不存储任何消息

第二块：JVM Stack
- jvm栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建jvm栈
- jvm栈中存放的为当前线程中局部基本类型变量
- 八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double

第三块：JVM Heap
- 它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。
- 所有类实例和数组的内存均从此处分配

6.1、内存模型

JVM Heap是运行时数据区域，所有类实例和数组的内存均从此处分配。

JVM主要管理两种类型内存：

堆内存（Heap Memory）是在 Java 虚拟机启动时创建；
- 简单来说，堆是Java代码可及的内存，留给开发人员使用的；

非堆内存（Non-heap Memory）是在JVM堆之外的内存；
- 非堆是JVM留给自己用的，包含方法区、JVM内部处理或优化所需的内存，如：
  - JITCompiler，Just-in-time Compiler，即时编译后的代码缓存）；
  - 每个类结构（如运行时常数池、字段和方法数据）；
  - 方法和构造方法的代码；
  - ......

其它（Other）存放JVM 自身代码等；

七、GC／Garbage Collection

7.1、基本原理

将内存中不再被使用的对象进行回收

GC中用于回收的方法称为收集器，由于GC需要消耗一些资源和时间，Java在对对象的生命周期特征进行分析后，按照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停

对新生代的对象的收集称为minor GC；

对旧生代的对象的收集称为Full GC；

程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为Full GC。

7.2、JVM对象的引用类型

强引用：默认引用，这个对象的实例没有其他对象引用，GC时才会被回收；

软引用：一种比较适合于缓存场景的应用（只有在内存不够用的情况下才会被GC）；

弱引用：在GC时一定会被GC回收；

虚引用：由于虚引用只是用来得知对象是否被GC；

7.3、如何判断一个变量是否该被回收

当可用内存数量较低时，Sun版本的垃圾回收器才会被激活。

当堆栈或静态存储区没有对这个对象的引用时，它就应该被回收了。

有两种方法来知道这个对象有没有被引用：

第一种是遍历堆上的对象找引用；
- 实现方式是"引用计数法"，意思就是当有引用连接至对象时，引用计数加1，当引用离开作用域或被置为null时，引用计数减1，这种方法有个缺陷，如果对象之间存在循环引用，可能会出现"对象应该被回收，但引用计数却不为零"的情况。

第二种是遍历堆栈或静态存储区的引用找对象；

八、GC基本建议

最基本的建议就是尽早释放无用对象的引用。大多数程序员在使用临时变量的时候，都是让引用变量在退出活动域（scope）后，自动设置为 null，我们在使用这种方式时候，必须特别注意一些复杂的对象图，例如数组，队列，树，图等，这些对象之间有相互引用关系较为复杂。对于这类对象，GC 回收它们一般效率较低。如果程序允许，尽早将不用的引用对象赋为null，这样可以加速GC的工作；