036-JVM运行原理和GC原理

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阶段性复习:JVM运行原理和GC原理你真的搞懂了吗?

1、阶段性复习

最近三天会进行一个阶段性的复习,因为我们已经把完整的JVM运行原理、GC原理以及GC优化的原理,还有线上发生GC问题的各种优化案例,都给大家完整的分析完了,所以到这里务必停一停脚步,整理一下学习过的知识脉络,让大家进行一点复习。反复的复习,才能让大家真正吃透和消化掉这些知识。

这几篇文章我们不会把之前文章的东西大幅度的整理出来,主要是给大家提点一些思路,给你一些引导,希望每个人看到这里的时候,都停一停脚步,顺着我们带出来的思路,把过往学习过的知识,自己整理一下。

2、JVM和GC的运行原理,你都能搞懂了吗?

对于JVM的学习,首先大家务必要搞清楚一点,JVM是如何运行起来的。

相信大家认真看过之前文章的,应该都清楚一点,JVM的内存区域划分,最核心的就是这么几块了:年轻代、老年代、Metaspace(也就是以前的永久代)。

其中年轻代又分成了Eden和2个Survivor,默认比例是8:1:1,如下图。

036-JVM运行原理和GC原理

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接着我们来思考一下,我们写好的系统会不停的运行,运行的时候是不是就会不停的在年轻代的Eden区域中创建各种对象?

如下图所示。

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而且一般创建对象都是在各种方法里执行的,一旦方法运行完毕,方法局部变量引用的那些对象就会成为Eden区里的垃圾对象,就是可以被回收的状态,大家务必要清楚这个过程

如下图。

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接着随着Eden区不断的创建对象,就会逐步的塞满,当然这个时候可能塞满Eden区的对象里大多数都是垃圾对象。一旦Eden区塞满之后,就会触发一次Young GC。

Young GC会采用复制算法,从GC Roots(方法的局部变量、类的静态变量)开始追踪,标记出来存活的对象。

然后把存活对象都放入第一个Survivor区域中,也就是S0区域,如下图所示。

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接着垃圾回收器就会直接回收掉Eden区里剩余的全部垃圾对象,在整个这个垃圾回收的过程中全程会进入Stop the Wold状态,也就是暂停系统工作线程,系统代码全部停止运行,不允许创建新的对象

只有这样,才能让垃圾回收器专心工作,找出来存活对象,回收掉垃圾对象,如下图所示。

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一旦垃圾回收全部完毕之后,也就是存活对象都进入了Survivor区域,然后Eden区都清空了,那么Young GC执行完毕,此时系统恢复工作,继续在Eden区里创建对象,如下图所示。

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下一次如果Eden区满了,就会再次触发Young GC,把Eden区和S0区里的存活对象转移到S1区里去,然后直接清空掉Eden区和S0区中的垃圾对象

当然这个过程中系统是禁止运行的,处于Stop the World状态,如下图所示。

036-JVM运行原理和GC原理

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负责Young GC的垃圾回收器有很多种,但是常用的就是ParNew垃圾回收器,他的核心执行原理就如上所述,只不过他运行的时候是基于多线程并发执行垃圾回收的,大家只要记得这点就可以。

这就是最基本的JVM和GC的运行原理,大家都搞懂了吗?

3、对象什么时候进入老年代?

但是大家觉得光是一块年轻代和Young GC配合起来,就足够JVM来使用了吗?

No!

实际JVM运行过程中,有很多意外的情况会发生的,会导致对象进入老年代区域中,如下所述几种情况,反复给大家总结过,务必要记得很清晰:

  1. 一个对象在年轻代里躲过15次垃圾回收,年龄太大了,寿终正寝,进入老年代
  2. 对象太大了,超过了一定的阈值,直接进入老年代,不走年轻代
  3. 一次Young GC过后存活对象太多了,导致Survivor区域放不下了,这批对象会进入老年代
  4. 可能几次Young GC过后,Surviovr区域中的对象占用了超过50%的内存,此时会判断如果年龄1+年龄2+年龄N的对象总和超过了Survivor区域的50%,此时年龄N以及之上的对象都进入老年代,这是动态年龄判定规则

上面4个条件就是最常见的对象进入老年代的情况,那种长期存活的躲过15次Young GC的对象毕竟是少数的,大对象一般在特殊情况下会有,对于那种加载大量数据长时间处理以及高并发的场景,很容易导致Young GC后存活对象过多的。

所以对于这些情况,都会导致对象进入老年代中,老年代对象可能会越来越多,如下图所示。

036-JVM运行原理和GC原理

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4、老年代的GC是如何触发的?

一旦老年代对象过多,就可能会触发Full GC,Full GC必然会带着Old GC,也就是针对老年代的GC

而且一般会跟着一次Young GC,也会触发永久代的GC。

大家还记得Full GC触发的几个条件吗?

  1. 老年代自身可以设置一个阈值,有一个JVM参数可以控制,一旦老年代内存使用达到这个阈值,就会触发Full GC,一般建议调节大一些,比如92%
  2. 在执行Young GC之前,如果判断发现老年代可用空间小于了历次Young GC后升入老年代的平均对象大小的话,那么就会在Young GC之前触发Full GC,先回收掉老年代一批对象,然后再执行Young GC。
  3. 如果Young GC过后的存活对象太多,Survivor区域放不下,就要放入老年代,要是此时老年代也放不下,就会触发Full GC,回收老年代一批对象,再把这些年轻代的存活对象放入老年代中

触发Full GC几个比较核心的条件就是这几个,总结起来,其实就是老年代一旦快要搞满了,空间不够了,必然要垃圾回收一次。

老年代的垃圾回收通常建议走CMS垃圾回收器,回收机制比较复杂,此处建议大家自行复兴和总结一下

总之,Old GC的速度是很慢的,少则几百毫秒,多则几秒。所以一旦Full GC很频繁,就会导致系统性能很差,因为频繁要停止系统工作线程,导致系统看起来一直有卡顿的现象。

而且频繁Full GC还会导致机器CPU负载过高,导致机器性能下降,处理请求能力降低。

所以优化JVM的核心就是减少Full GC的频率。

5、正常情况下的系统

正常情况下的系统,会有一定频率的Young GC,一般在几分钟一次Young GC,或者几十分钟一次Young GC,一次耗时在几毫秒到几十毫秒的样子,都是正常的。

正常的Full GC频率在几十分钟一次,或者几个小时一次,这个范围内都是正常的,一次耗时应该在几百毫秒的样子。

正文完
 
yangleduo
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