Java垃圾回收(GC)初識

  1. Java的內存組成結構
    內存結構圖
    從上圖我們可以看出的內存組成: JVM內存模型中分兩大塊,一塊是新生代( Young Generation), 另一塊是舊生代(Old Generation). 在Young Generation中,有一個叫Eden的空間,主要是用來存放新生的對象,還有兩個Survivor Spaces(from,to), 它們用來存放每次垃圾回收後存活下來的對象。在Old Generation中,主要存放應用程序中生命週期長的內存對象,還有個持久代(Permanent Generation),主要用來放JVM自己的反射對象,比如類對象和方法對象等,與垃圾收集要收集的Java對象關係不大。新生代和舊生代的劃分是對垃圾收集影響比較大的。

    參見內存管理和垃圾回收

  2. 各個組成部分的詳解
    新生代:
    所有新生成的對象首先都是放在新生代的。新生代的目標就是儘可能快速的收集掉那些生命週期短的對象。新生代分三個區。一個Eden區,兩個Survivor區(一般而言)。大部分對象在Eden區中生成。當Eden區滿時,還存活的對象將被複制到Survivor區(兩個中的一個),當這個Survivor區滿時,此區的存活對象將被複制到另外一個Survivor區,當這個Survivor區也滿了的時候,從第一個Survivor區複製過來的並且此時還存活的對象,將被複制“舊生區(Tenured)”。需要注意,Survivor的兩個區是對稱的,沒先後關係,所以同一個區中可能同時存在從Eden複製過來 對象,和從前一個Survivor複製過來的對象,而複製到舊生區的只有從第一個Survivor去過來的對象。而且,Survivor區總有一個是空的。同時,根據程序需要,Survivor區是可以配置爲多個的(多於兩個),這樣可以增加對象在新生代中的存在時間,減少被放到舊生代的可能。

舊生代:
在新生代中經歷了N次垃圾回收後仍然存活的對象,就會被放到舊生代中。因此,可以認爲舊生代中存放的都是一些生命週期較長的對象。
持久代:
用於存放靜態文件,如今Java類、方法等。持久代對垃圾回收沒有顯著影響,但是有些應用可能動態生成或者調用一些class,例如Hibernate等,在這種時候需要設置一個比較大的持久代空間來存放這些運行過程中新增的類。持久代大小通過-XX:MaxPermSize=進行設置。
什麼情況下觸發垃圾回收
由於對象進行了分代處理,因此垃圾回收區域、時間也不一樣。GC有兩種類型:Scavenge GC和Full GC。
Scavenge GC
一般情況下,當新對象生成,並且在Eden申請空間失敗時,就會觸發Scavenge GC,對Eden區域進行GC,清除非存活對象,並且把尚且存活的對象移動到Survivor區。然後整理Survivor的兩個區。這種方式的GC是對年輕代的Eden區進行,不會影響到舊生代。因爲大部分對象都是從Eden區開始的,同時Eden區不會分配的很大,所以Eden區的GC會頻繁進行。因而,一般在這裏需要使用速度快、效率高的算法,使Eden去能儘快空閒出來。
Full GC
對整個堆進行整理,包括Young、Tenured和Perm。Full GC因爲需要對整個對進行回收,所以比Scavenge GC要慢,因此應該儘可能減少Full GC的次數。在對JVM調優的過程中,很大一部分工作就是對於FullGC的調節。有如下原因可能導致Full GC:
· 舊生代(Tenured)被寫滿
· 持久代(Perm)被寫滿
· System.gc()被顯示調用
·上一次GC之後Heap的各域分配策略動態變化
3. 垃圾回收描述
垃圾回收描述:
在New Generation塊中,垃圾回收一般用Copying的算法,速度快。每次GC的時候,存活下來的對象首先由Eden拷貝到某個Survivor Space, 當Survivor Space空間滿了後, 剩下的live對象就被直接拷貝到Old Generation中去。因此,每次GC後,Eden內存塊會被清空。在Old Generation塊中,垃圾回收一般用mark-compact的算法,速度慢些,但減少內存要求。
垃圾回收分多級,0級爲全部(Full)的垃圾回收,會回收OLD段中的垃圾;1級或以上爲部分垃圾回收,只會回收NEW中的垃圾,內存溢出通常發生於OLD段或Perm段垃圾回收後,仍然無內存空間容納新的Java對象的情況。
當一個URL被訪問時,內存申請過程如下:
A. JVM會試圖爲相關Java對象在Eden中初始化一塊內存區域
B. 當Eden空間足夠時,內存申請結束。否則到下一步
C. JVM試圖釋放在Eden中所有不活躍的對象(這屬於1或更高級的垃圾回收), 釋放後若Eden空間仍然不足以放入新對象,則試圖將部分Eden中活躍對象放入Survivor區
D. Survivor區被用來作爲Eden及OLD的中間交換區域,當OLD區空間足夠時,Survivor區的對象會被移到Old區,否則會被保留在Survivor區
E. 當OLD區空間不夠時,JVM會在OLD區進行完全的垃圾收集(0級)
F. 完全垃圾收集後,若Survivor及OLD區仍然無法存放從Eden複製過來的部分對象,導致JVM無法在Eden區爲新對象創建內存區域,則出現”out of memory錯誤”
JVM調優建議:
ms/mx:定義YOUNG+OLD段的總尺寸,ms爲JVM啓動時YOUNG+OLD的內存大小;mx爲最大可佔用的YOUNG+OLD內存大小。在用戶生產環境上一般將這兩個值設爲相同,以減少運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
NewSize/MaxNewSize:定義YOUNG段的尺寸,NewSize爲JVM啓動時YOUNG的內存大小;MaxNewSize爲最大可佔用的YOUNG內存大小。在用戶生產環境上一般將這兩個值設爲相同,以減少運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
PermSize/MaxPermSize:定義Perm段的尺寸,PermSize爲JVM啓動時Perm的內存大小;MaxPermSize爲最大可佔用的Perm內存大小。在用戶生產環境上一般將這兩個值設爲相同,以減少運行期間系統在內存申請上所花的開銷。
SurvivorRatio:設置Survivor空間和Eden空間的比例內存溢出的可能性

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