Java 高级篇：JVM 垃圾回收机制

曾经先后在驴妈妈，携程，要买车公司担任过Java高级工程师、架构师、开发主管、技术经理等职务。在电商公司工作期间，负责过PC站和后端服务的平台架构、实现和升级。 目前在做一些Java架构工作。前后从业10几年没有离开Java，2015年出版《Java并发编程从入门到精通》。2018年出版《Spring Data Jpa从入门到精通》。 网名：张振华.Jack
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文章正文

整体了解 JDK & JVM

首先要对官方的 SDK 有点认识，同时要明白下面的概念：

  • Java SE（Java Platform, Standard Edition）：它是 Java 的标准版，主要用于桌面应用开发，同时也是 Java 的基础，它包含 Java 语言基础、JDBC（Java 数据库连接性）操作、I/O（输出输出）操作、网络通信、多线程等技术。
  • Java EE（Java Platform, Enterprise Edition）：它是 Java 的企业版本（javax..*），包含了 Servlet、JSP、JMS、JNDI 等的扩展。
  • Java ME（Java Platform, Micro Edition）：一般是指 Java ME Embedded，Java 微型版本，一般做嵌入式开发用。
  • JRE（Java Runtime Environment），Java 运行环境。
  • JDK（Java Development Kit），Java 开发者工具集，是用来编译和执行 Java 程序必备的 Java 开发环境，现在我们一般说 JDK 就是指的 Oracle 的 Java SE。因为 Sun JDK 和 Open JDK、JRockit 都被 Orcale 收购了，一统了江湖。

我们看下 Oracle 官方的图，如下：

JDK全视角

这样我们对 JDK、JRE，有了概念上的认识之后，我们来看下我们的 JVM（Java Virtual Machine）——Java 虚拟机，也就是 HotSport 了。

Oracle 也出了 JVM 的规范。

Java 内存模型

Java 内存模型是理解 Java 多线程和 Java GC 必须要了解的抽象知识点，我们可以通过工具来更好的掌握 Java 内存模型。我给大家一个点：“我们通过不同的视角来理解内存模型”。我们可以通过不同的视角来理解内存模型。因为 JVM 类里面实际的内存操作远比我们想象得要复杂，因为这部分代码是 Oracle 官方的核心机密，没有对外公开，我们也只能通过官方文档及其 Jdk/bin 目录下面的工具来做到整体认识。

站在理解线程的视角看内存模型

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我们可以把 JVM 内存结构直接分成线程私有内存和共享主内存。这样我们就可以很好地理解多线程的很多问题如同步锁、lock、validate 关键字，及其 ThreadLocal。这部分内容如果还疑惑的可以看作者的另外一篇 Chat：Java 多线程与并发编程 · Java 工程师必知必会。

我们从内存设置的角度出发

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我们可以将内存直接分位堆内存、非堆内存（JDK8 以后叫 Metaspace，元空间）和其它，三个大的类别。 我们来看一下 JConsole 和 JVisualVM。

java/bin/jconsole 打开以后界面如下：

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java/bin/jvisualvm 打开以后界面如下：

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利用 tools，也可以看到 Java 工具也是简单的将其分成堆和非堆（Metaspace）。

而其它是什么呢？

Other 指的是“直接内存”，如一些（IO/NIO），这些 JVM 控制不了（如果线程变多线程栈吃的内存也会变的非常大，不可设置）。

对应的 JVM 设置的参数是：
  • Xmx4g：JVM 最大允许分配的堆内存，按需分配；
  • Xms4g：JVM 初始分配的堆内存，一般和 Xmx 配置成一样以避免每次 gc 后 JVM 重新分配内存；
  • XX：MetaspaceSize=64m 初始化元空间大小；
  • XX：MaxMetaspaceSize=128m 最大化元空间大小。

Metaspace 建议大家不要设置，一般让 JVM 自己启动的时候动态扩容就好了，没必要自己去设置。如果不动态加载 class ，当启动起来的时候，一般是很少有变化的。

从这个角度我们可以认为我们的 JVM 内存的大小是堆+metaspace+io(运行时产生的大小)。

我们从 JVM 的运行期的视角来看

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可以分为五大部分：方法区、堆、本地方法栈区、PC 计数器、线程栈。我们也可以看下面的图，PC 计数器和栈、本地方法栈，是随着当前的线程开始而开始，销毁而销毁的。

我们再通过下面这个图理解一下这五个区和线程的关系：

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对应的 JVM 的参数为 Xss512k，用来设置每个线程的堆栈大小。

从垃圾回收机制的视角来看

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全局分代收集器，我们通过 java/bin/jvisualvm 来观察一下：

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通过 JVisualVM 我们可以看得出来：

  • 内存直接被垃圾收集器切分了5个部分：metaspace（class 结构）（永久代）、Old（老年代）、新生代（一个 Eden（新对象创作的乐园，老外真会取名）、二个 Survivor Space)）。
  • 一个对象默认被交换了6次还没有回收掉就会被扔到老年区里面。
  • -XX:InitialTenuringThreshold=7 通过这
2018年4月4日，周三晚上8点30分，Java架构专家，拥有10几年Java开发经验，《Java并发编程从入门到精通》、《Spring Data Jpa从入门到精通》的作者张振华带来了主题为《Java 高级篇之 JVM 垃圾回收机制》的交流。以下是主持人丽辉整理的问答实录，记录了作者和读者间问答的精彩时刻。 * * * 内容提要： * 递归和 for 循环分别影响的是哪块内存？ * 垃圾回收的触发时机是什么？ * 如何判断一个对象该不该回收？ * 对象四种引用方式是什么，在什么场景用到？ * -D -XX -X 有什么区别？ * 问题默认开启的是哪个 GC ? * 我们一般需要关注的参数有哪些？ * 实际生产环境你们设置了哪些参数？ * 监控的工具有哪些？ * Java 8 引入了元空间，元空间和永久代有什么不一样？元空间和永久代可以理解为方法区的不同实现吗？ * 国外有哪些一手JVM资料的获取途径？尤其是在 JVM 规范、 HotSpot 实现方面？ * 既然实际中很少去配 JVM 参数，为什么面试的时候还总问 JVM 优化的问题？如果缺乏 JVM 调优经验，面试中该如何应对？ * 能否把对 JVM 的监控集成到系统里面？ * * * **问：递归和 for 循环分别影响的是哪块内存？** **答：**回答这个问题，大家要先搞明白，什么是递归，什么是循环调用？ 递归就是方法自己调用自己无限调用下去；循环就是一个方法体内部的while或者for无限循环下去。 如果认真看老师的内存模型其实就不难回答这个问题，递归使方法调用链变长，所以线程栈就会可能不够。而for循环呢？里面可能会有很多对象，所以对堆的影响比较大。 * * * **问：垃圾回收的触发时机是什么？** **答：**我们分成两种情况： 1. 我们先看 Minor GC 又称年轻代 GC。触发时机是在 Enden 满了之后将会被触发。 2. 我们再来看一下 Minor GC ，又称Full GC 触发条件，这个比较复杂一点： （1）调用System.GC时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行。（可通过通过-XX:+ DisableExplicitGC来禁止RMI调用System.GC） （2）老年代空间不足。 （3）方法去空间不足，如果没有动态加载，一般是发生在启动的时候的。 （4）通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存。 （5）由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小。 总之一句话，不管什么场景都是放不下的时候触发，而需要注意的是，“当发生 full GC 之后还不够就会抛出 OutOfMemoryError，一般 fullGC 会伴随这个一次 minor GC”。 * * * **问：如何判断一个对象该不该回收？** **答：**这个问题其实是 GC 的核心。 GC 判断回收的对象是否“存活”或“死去”，主要看这个对象是不是可以到达
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