學習筆記：Java的一些基礎小知識之JVM與GC－互聯網

文章出處

一、JVM是什么

Java虛擬機（英語：Java Virtual Machine，縮寫為JVM），又名爪哇虛擬器，一種能夠運行Java bytecode的虛擬機，以堆棧結構機器來進行實做。最早由太陽微系統所研發并實現第一個實現版本，是Java平臺的一部份，能夠運行以Java語言寫作的軟件程序。

Java虛擬機有自己完善的硬體架構，如處理器、堆棧、寄存器等，還具有相應的指令系統。JVM屏蔽了與具體操作系統平臺相關的信息，使得Java程序只需生成在Java虛擬機上運行的目標代碼（字節碼），就可以在多種平臺上不加修改地運行。通過對中央處理器（CPU）所執行的軟件實作，實現能執行編譯過的Java程序碼（Applet與應用程序）。

作為一種編程語言的虛擬機，實際上不只是專用于Java語言，只要生成的編譯文件符合JVM對載入編譯文件格式要求，任何語言都可以由JVM編譯運行。除外，除了甲骨文，也有其他開源或閉源的實現。

——維基百科

這個描述還是很簡單易懂的，虛擬機的這種機制帶給了代碼一種全新的生命力，就是一處編繹,到處運行。當然美好的事情總歸是有些缺陷的。因為要在一臺物理機器上搭建一套虛擬的體系，以此來解決各個硬件與系統間的差異問題，確實是件很美好的事情，但同時損失的自然就是運行時的效率。

二、JVM的體系規格

java的這套體系是種開放的規格，只要能按規格編繹出來的程序都可以跑在JVM上。JVM定義了控制Java代碼解釋執行和具體實現的五種規格，它們是：

JVM指令系統
JVM寄存器
JVM 棧結構
JVM 碎片回收堆
JVM 存儲區

三、JVM的工作原理

操作系統加載JVM（windows）

1.創建JVM裝載環境和配置

2.裝載JVM.dll

3.初始化JVM.dll并掛界到JNIENV(JNI調用接口)實例

4.調用JNIEnv實例裝載并處理class類

JVM加載類

下面看看一個java代碼是怎么運行起來的：

參考文：http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-classloader/

四、JVM的內存管理

這里有一篇文章講的很詳細：http://developer.51cto.com/art/201303/387175.htm

JVM的內存結構分為6塊：PC Register(PC寄存器)、JVM堆、JVM棧、方法區域、運行時常量、本地方法堆棧。如下圖示意：

對于開發來說主要關注的還是堆和棧。

JVM一些參數設置：

-Xss：這個參數就是用來指定棧的大小

-Xms:設置JVM啟動時最小的堆內存大小

-Xmx:設置JVM堆的最大內存大小

-XX:PermSize及-XX:MaxPermSize指定方法區域（MethodArea）的初始值與最大值

MethodArea對應的是持久代(PermanetGeneration)，所以設置Perm的大小很重要，否則會報java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space。

五、垃圾收集器(Garbage Collector，GC)

垃圾收集器這個東西對于程序員來說可謂是一種解脫，可以不用顯式釋放內存了。這種神奇的療效還是要看看他的基本原理了解一下情況才行。下面摘了一段話：

有幾種垃圾收集的基本策略：引用計數、標記-清除、標記-整理 (mark-compact) 和復制。此外，一些算法可以以增量方式完成它們的工作（不需要一次收集整個堆，使得收集暫停時間更短），一些算法可以在用戶程序運行時運行（并發收集）。其他算法則必須在用戶程序暫停時一次進行整個收集（即所謂的 stop-the-world收集器）。最后，還有混合型的收集器，如 1.2 和以后版本的 JDK 使用的分代收集器，它對堆的不同區域使用不同的收集算法。

——摘自developerWorks 中國

這里就回收的算法來看主要就上面列出來的幾種，其中比較重要的是“復制”和“標識-整理”有必要理解一下。

復制收集器就是劃分兩個對等空間，其中一個放活躍對象，另一個空著，等第一個滿了就復制活躍對象到另一個空著的，然后將這兩個空間角色換一下。這里有個重點就是只復制活躍對象。活躍對象通常就是可到達的對象也就是不用回收的內存，換言之就是除此之外的就是垃圾，那么這樣的好處就是復制一次后，將那些垃圾一次回收就行了。而且復制后內存空間是會經過整理的連續的，不會有碎片問題。

標識-整理收集器算法結合了標記-清除和復制，代價是增加了一些收集復雜性。與標記-清除類似，標記-整理是兩階段過程，在標記階段訪問并標記每個活躍對象。然后，復制標記的對象，使所有活躍對象被整理到堆的底部。如果每一次收集時進行徹底的整理，那么得到的堆就類似于復制收集器的結果 ―― 在堆的活躍部分與自由部分有明確的界線，這樣分配成本與復制收集器相當。長壽的對象趨向于沉在堆的底部，這樣就不會像在復制收集器中那樣反復復制它們。

既然是垃圾回收，那么自然有一個問題什么是垃圾？

由分配器分配的，但是用戶程序不可到達的內存塊。不可到達是什么意思？可以以兩種方式之一訪問內存塊 ―― 或者用戶程序在 根 (root)中有對這一內存塊的引用，或者在另一個可到達的塊中有對這個塊的引用。

——摘自developerworks

這里面提到了一個很關鍵的點，就是根(Root)，那什么才是Root？這個得好好了解一下。下面是GC Root的種類：

Class - 由系統類加載器(system class loader)加載的對象，這些類是不能夠被回收的，他們可以以靜態字段的方式保存持有其它對象。我們需要注意的一點就是，通過用戶自定義的類加載器加載的類，除非相應的java.lang.Class實例以其它的某種（或多種）方式成為roots，否則它們并不是roots，.
Thread - 活著的線程
Stack Local - Java方法的local變量或參數
JNI Local - JNI方法的local變量或參數
JNI Global - 全局JNI引用
Monitor Used - 用于同步的監控對象
Held by JVM - 用于JVM特殊目的由GC保留的對象，但實際上這個與JVM的實現是有關的。可能已知的一些類型是：系統類加載器、一些JVM知道的重要的異常類、一些用于處理異常的預分配對象以及一些自定義的類加載器等。然而，JVM并沒有為這些對象提供其它的信息，因此就只有留給分析分員去確定哪些是屬于"JVM持有"的了。

分代垃圾收集

有人做過分析，應用程序堆中的對象有98%的對象存活的時間比較短，還有一些是會存活很長，甚至會隨著應用程序整個生命周期。將這兩類對象可以稱為年輕代和持久代。

分代收集器(generializational collector)將堆分為多個代。在年輕的代中創建對象，滿足某些提升標準的對象，如經歷了特定次數垃圾收集的對象，將被提升到下一更老的代。分代收集器對不同的代可以自由使用不同的收集策略，對各代分別進行垃圾收集。

——摘自developerworks

可以看出分代垃圾收集主要是將對象以生命周期進行歸類，然后針對不同的類別使用不同的回收算法，這樣就可以更優的進行跟蹤回收。

JDK 1.4.1 默認收集器

在默認情況下，JDK 1.4.1 將堆分為兩部分，一個年輕的代和一個老的代（實際上，還有第三部分――永久空間，它用于存儲裝載的類和方法對象）。借助于復制收集器，年輕的代又分為一個創建空間（通常稱為 Eden）和兩個生存半空間。

老的代使用標記-整理收集器。對象在經歷了幾次復制后提升到老的代。小的收集將活的對象從 Eden 和一個生存半空間復制到另一個生存半空間，并可能提升一些對象到老的代。大的收集（major collection）既會收集年輕的代，也會收集老的代。 System.gc() 方法總是觸發一個大的收集，這就是應該盡量少用（如果不能完全不用的話） System.gc() 的原因之一，因為大的收集要比小的收集花費長得多的時間。沒有辦法以編程方式觸發小的收集。

——摘自developerworks

總的機制就是讓壽命長的對象逐步往老的代中放，這樣可以優化收集的時機，減少收集暫停給應用程序帶來的影響。基本上GC的簡單機制就這些內容。

參考文：

http://blog.csdn.net/java2000_wl/article/details/8022293

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp11253/