006-JVM 分代模型

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聊聊 JVM 分代模型:年轻代、老年代、永久代

1、背景引入

今天开始,咱们进入第二周的内容,这一周会重点关注JVM内存划分的一些细节。

我会帮助大家更加深入的去理解JVM内存划分的原理细节,以及我们创建的那些对象在JVM中到底是如何分配,如何流动的,这对于大家理解JVM原理有更深一层的帮助。

首先这篇文章作为本周的一个开篇,我们来给大家介绍一下JVM内存的一个分代模型:年轻代、老年代、永久代。

大家现在应该都知道一点,那就是我们在代码里创建的对象,都会进入到Java堆内存中,比如下面的代码:

006-JVM 分代模型

这段代码,我们稍微做了点改动,在main()方法里,会周期新的执行loadReplicasFromDisk()方法,加载副本数据。

首先一旦执行main()方法,那么就会把main()方法的栈帧压入main线程的Java虚拟机栈

如下图。

006-JVM 分代模型

然后每次在while循环里,调用loadReplicasFromDisk()方法,就会把loadReplicasFromDisk()方法的栈帧压入自己的Java虚拟机栈

如下图。

006-JVM 分代模型

接着在执行loadReplicasFromDisk()方法的时候,会在Java堆内存里会创建一个ReplicaManager对象实例

而且loadReplicasFromDisk()方法的栈帧里会有replicaManager局部变量去引用Java堆内存里的ReplicaManager对象实例

如下图:

006-JVM 分代模型

然后就会执行ReplicaManager对象的load()方法。
2、大部分对象都是存活周期极短的

现在有一个问题,在上面代码中,那个ReplicaManager对象,实际上属于短暂存活的这么一个对象

大家可以观察一下,在loadReplicasFromDisk()方法中创建这个对象,然后执行ReplicaManager对象的load()方法,然后执行完毕之后,loadReplicasFromDisk()方法就会结束。

一旦方法结束,那么loadReplicasFromDisk()方法的栈帧就会出栈,如下图。

006-JVM 分代模型

然后接着上篇文章已经说过,此时一旦没人引用这个ReplicaManager对象了,就会被JVM的垃圾回收线程给回收掉,释放内存空间,如下图。

006-JVM 分代模型

然后在main()方法的while循环里,下一次循环再次执行loadReplicasFromDisk()方法的时候,又会走一遍上面那个过程,把loadReplicasFromDisk()方法的栈帧压入Java虚拟机栈,然后构造一个ReplicaManager实例对象放在Java堆里。

一旦执行完ReplicaManager对象的load()方法之后,loadReplicasFromDisk()方法又会结束,再次出栈,然后垃圾回收释放掉Java堆内存里的ReplicaManager对象。

所以其实这个ReplicaManager对象,在上面的代码中,是一个存活周期极为短暂的对象

可能每次执行loadReplicasFromDisk()方法的时候,被创建出来,然后执行他的load()方法,接着可能1毫秒之后,就被垃圾回收掉了。

所以从这段代码就可以明显看出来,大部分在我们代码里创建的对象,其实都是存活周期很短的。这种对象,其实在我们写的Java代码中,占到绝大部分的比例。
3、少数对象是长期存活的

但是我们来看另外一段代码,假如说咱们用下面的这种方式来实现同样的功能:
006-JVM 分代模型
上面那段代码的意思,就是给Kafka这个类定义一个静态变量,也就是replicaManager,这个Kafka类是在JVM的方法区里的

然后让replicaManager引用了一个在Java堆内存里创建的ReplicaManager实例对象,如下图。

006-JVM 分代模型

接着在main()方法中,就会在一个while循环里,不停的调用ReplicaManager对象的load()方法,做成一个周期性运行的模式。

这个时候,我们就要来思考一下,这个ReplicaManager实例对象,他是会一直被Kafka的静态变量引用的,然后会一直驻留在Java堆内存里,是不会被垃圾回收掉的。

因为这个实例对象他需要长期被使用,周期新的被调用load()方法,所以他就成为了一个长时间存在的对象。

那么类似这种被类的静态变量长期引用的对象,他需要长期停留在Java堆内存里,这这种对象就是生存周期很长的对象,他是轻易不会被垃圾回收的,他需要长期存在,不停的去使用他。
4、JVM分代模型:年轻代和老年代

接下来就要进入今天的核心主题了,就是JVM的分代模型,年轻代和老年代。

现在大家已经看到,其实根据你写代码方式的不同,采用不同的方式来创建和使用对象,其实对象的生存周期是不同的。

所以JVM将Java堆内存划分为了两个区域,一个是年轻代,一个是老年代。

其中年轻代,顾名思义,就是把第一种代码示例中的那种,创建和使用完之后立马就要回收的对象放在里面

然后老年代呢,就是把第二种代码示例中的那种,创建之后需要一直长期存在的对象放在里面,大家看下图:

006-JVM 分代模型

比如下面的代码,我们再次来改造一下,再结合图,大家会看的更加的明确一些。
006-JVM 分代模型

上面那段代码稍微复杂了点,我们解释一下

Kafka的静态变量fetcher引用了ReplicaFetcher对象,这是长期需要驻留在内存里使用的

这个对象会在年轻代里停留一会儿,但是最终会进入老年代,大家看下图。

006-JVM 分代模型

进入main()方法之后,会先调用loadReplicasFromDisk()方法,业务含义是系统启动就从磁盘加载一次副本数据,这个方法的栈帧会入栈

然后在这个方法里面创建了一个ReplicaManager对象,这个对象他是用完就会回收,所以是会放在年轻代里的,由栈帧里的局部变量来引用

此时对应着下图:

006-JVM 分代模型

然后一旦loadReplicasFromDisk()方法执行完毕了,方法的栈帧就会出栈,对应的年轻代里的ReplicaManager对象也会被回收掉,如下图:

006-JVM 分代模型

但是接着会执行一段while循环代码,他会周期性的调用ReplicaFetcher的fetch()方法,去从远程加载副本数据。

所以ReplicaFetcher这个对象因为被Kafka类的静态变量fetcher给引用了,所以他会长期存在于老年代里的,持续被使用。
5、为什么要分成年轻代和老年代?

相信看完这篇文章,大家就一定看明白了,什么样的对象是短期存活的对象,什么样的对象是长期存在的对象,然后如何分别存在于年轻代和老年代里。

那么为什么需要这么区分呢?

因为这跟垃圾回收有关,对于年轻代里的对象,他们的特点是创建之后很快就会被回收,所以需要用一种垃圾回收算法

对于老年代里的对象,他们的特点是需要长期存在,所以需要另外一种垃圾回收算法,所以需要分成两个区域来放不同的对象。

很多人又会问了,你不是说ReplicaFetcher这个长期存在的对象,刚开始也在年轻代,后来才会进入老年代么?那他到底什么时候进入老年代?

别急,明天的文章就会分析这块。

然后还有人还会问了,那么年轻代和老年代分别怎么进行垃圾回收呢?

别急,下周的文章会主要分析垃圾回收这块的原理。这周我们主要关注JVM的内存划分的细节,搞明白对象是如何在不同的内存区域里分配的就可以了,学习要循序渐进。
6、什么是永久代?

很简单,JVM里的永久代其实就是我们之前说的方法区

上面那个图里的方法区,其实就是所谓的永久代,你可以认为永久代就是放一些类信息的。

这个话题现在不用过多考虑,后续涉及到的时候,我们会讲到的。
7、上周思考题解答

上周留了一个思考题,让大家思考方法区内会不会进行垃圾回收

其实有同学都回答了,非常的好,在以下几种情况下,方法区里的类会被回收。

  • 首先该类的所有实例对象都已经从Java堆内存里被回收

  • 其次加载这个类的ClassLoader已经被回收

  • 最后,对该类的Class对象没有任何引用

满足上面三个条件就可以回收该类了。
8、今日思考题

给大家出一个脑筋急转弯,出题思路有点偏:每个线程都有Java虚拟机栈,里面也有方法的局部变量等数据,这个Java虚拟机栈需要进行垃圾回收吗?为什么?

正文完
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yangleduo
版权声明:本站原创文章,由 yangleduo 于2023-04-14发表,共计4162字。
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