架构师训练营—第九周作业

请简述 JVM 垃圾回收原理。

Java 虚拟机 Java 虚拟机（Java virtual machine，JVM）是运行 Java 程序必不可少的机制。JVM 实现了 Java 语言最重要的特征：即平台无关性。原理：编译后的 Java 程序指令并不直接在硬件系统的 CPU 上执行，而是由 JVM 执行。JVM 屏蔽了与具体平台相关的信息，使 Java 语言编译程序只需要生成在 JVM 上运行的目标字节码（.class）,就可以在多种平台上不加修改地运行。Java 虚拟机在执行字节码时，把字节码解释成具体平台上的机器指令执行。因此实现 java 平台无关性。它是 Java 程序能在多平台间进行无缝移植的可靠保证，同时也是 Java 程序的安全检验引擎（还进行安全检查）。

JVM = 类加载器 classloader + 执行引擎 execution engine + 运行时数据区域 runtime data area

classloader 把硬盘上的 class 文件加载到 JVM 中的运行时数据区域, 但是它不负责这个类文件能否执行，而这个是 执行引擎 负责的。

JVM 内存结构

JVM 内存结构通常来说由虚拟机栈、堆、本地方法栈、方法区、程序计数器组成，其中每个组件各司其职。

方法区（Method Area）

     方法区中主要存储了 Java 代码中的类加载的相关信息，比如类的名称、修饰符、构造器、静态方法、定义为 final 的常量、勒种的方法信息。这是一个面向全局线程共享的区域。

虚拟机栈（VM Stack）

     这一区域主要存放了大量的线程相关信息，它是随着虚拟机线程的诞生而诞生的，所以它是独属于线程私有的一块区域，其中存放了 Java 八大基本类型的变量，还有一些局部变量，也就是方法内部的变量。

本地方法栈（Method Area）

     这里存放了 Java 代码中调用的本地方法的信息，主要用于 native 方法。

堆（Heap）

     堆是 Jvm 立马很重要的一个区域，也是跟方法区一样属于全部线程都可以共享访问的一个区域，在堆中存储了大量的 Java 对象信息，但凡是 new 出来的对象都存放在这里，并且可以通过 jvm 提供的-Xmx 和-Xms 来调节堆的大小。其中-Xmx 是堆的最大值是多少，-Xms 是堆的最小内存，如果两者一致，则这个 Jvm 的堆大小就不能弹性伸缩。

堆内部也划分除了多个区域，分别是新生代、老年代以及持久代。这其中新生代又分为 Eden 和 Survivor01、Survivor02 等等。为什么要这么划分，这就涉及到了 Jvm 的 GC 回收策略了。

     新生代中存储了所有新创建的对象，一个新对象创建 OK 首先是存放在 Eden 区域的，当 Eden 区域快要被填满时，就会自动触发 Jvm 的 GC 机制，GC 会回收一些空闲的对象，再将幸存下来的其他对象转移到 Survivor01 中去，同样，如果 01 也满了 再次对 01 这一区域进行 GC 回收，将幸存者放入 Survivor02 区域中去。一旦在 Survivor02 中历经磨难多次存活超过 15 次，就会将其转移至老年代中去。至于持久代中，则主要存储一些常量池、方法区等数据。相关参数如下：

-Xmx:最大堆内存,如：-Xmx512m-Xms:初始时堆内存,如：-Xms256m-XX:MaxNewSize:最大年轻区内存-XX:NewSize:初始时年轻区内存.通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor，即 90%-XX:MaxPermSize:最大持久带内存-XX:PermSize:初始时持久带内存-XX:+PrintGCDetails。打印 GC 信息 -XX:NewRatio 新生代与老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的 1/3，老年代占 2/3

-XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10，另外两个 Survivor 各占 1/10

Jvm GC 回收策略

JvmGC 经过这么长时间的发展，逐渐划分了以下几个垃圾回收策略，他们分别是：

复制回收算法

    此种方法通过依次扫描区域所有的可达对象，然后将其复制到另外一片区域保存起来，再将其现在正在使用的区域内存全部清空，此方法的优点在于方便快捷，只需要便利出所有的可达对象即可，而且不会出现碎片化内存。但是缺点也很明显，复制对象需要计算成本，此外需要准备一个额外相同 Eden 区域大小的内存空间，也是一笔巨大的开销。

标记清除法

    这种方法首先遍历整个区域中的对象，然后标记所有的可达对象，再将所有内存中未被标记的对象全部清除。主要缺点在于会产生大量的碎片内存。

标记整理法

    这种方法集上面两种算法的优点于一身，首先遍历整个空间对可达对象进行标记，然后再讲所有可达对象整理到一起去，最后清除掉不可达的对象，达到 GC 回收清理内存的目的。

Jvm 如何检测对象是否有用？

引用计数法

    顾名思义，这种方法其实很简单，就是你 new 出来一个对象之后，之后每次对该对象做了引用，那么就将该对象+1，在 GC 时，只需要判断该对象对应的 count 是否为 0 就可以轻松判断出是否还存在引用关系。

    但是这种方法很不严谨，循环引用会使得其产生内存泄漏，永远无法释放这些资源。

根搜索算法

    这个算法其实也很简单，如下图所示，Jvm 会起一个后台守护进程来维护一个树结构，如果发生引用就在树上维护一条边，那么同样的，如果这个引用被释放了，那么这个类也就和这个树失去了链接，从根节点 GC Root 对其进行搜索也搜索不到，便可以判断其对象已经无人再引用，可以释放。