对JVM内部组成结构、栈帧、GC的简单理解(精简)

话不多说奔主题，精神抖擞就是干！

 

1. 先来说下这张图

上图下面两行注释部分：

绿色代表所有线程共享区域

白色代表每个线程独享区域

 

简单讲：JVM中包含

ClassLoader：类加载子系统，即加载class字节码文件用的。

ExecutionEngine：字节码执行引擎，包括给GC分配执行线程。

RuntimeDataArea：运行时数据区。其中又包含了，

　　MethodArea：方法区，以前习惯叫永久代、持久代，JDK1.8之后叫元空间(它使用的是操作系统物理内存，而非JVM内存)。方法区其实不仅包含方法，还有常量(即字面量)、静态变量、类信息、运行时常量池等。

　　Heap：线程堆，堆里面一般存放我们new出来的对象。

　　JavaStack：java栈，栈里面一般存放临时变量，比如局部变量。它为每个线程提供独立的一块执行java代码的栈空间。

　　NativeMethodStack：本地方法栈，主要是对本地操作系统提供的方法库(例如：Windows下的dll文件)的接口封装，现在都流行微服务，HTTP调用，所以现在这块已经不常用了。

　　ProgramCounterRegister：程序计数器简称PC，对字节码文件执行行数的记录。例如：当一个线程在执行字节码文件中的指令方法时可能因为CPU分配给该线程的时间片到期了，需要暂停当前任务给其他线程让行，那么需要有人来记录下我当前任务执行到哪了(你可以理解为执行到哪一行代码了)，以便我下次从个位置继续执行。

 

2. 线程栈，栈帧

假如我们写了这样一个java文件

Test.java

public class Test {

　　public static void main(String[] args) {

　　　　System.out.println("Hello World");

　　}

}

编译成字节码文件

命令行：javac Test.java

输出：Test.class

用文本编辑器打开，大概是长这样的👇

这尼玛啥玩意啊，看不懂啊，别急我们用专业工具看下👇

是不是很眼熟，这不就是我们写的java程序吗？！

再用命令行：javap -c -l Test.class（或者 javap -v Test.class）// -l 参数是显示行号，你可以理解为就是上面提到过的程序计数器记录的行号，还记得吗？艾玛，真香！

看下反汇编结果👇

👆这就是我们常说的JVM指令码。

 

我们知道要运行main方法其实也是需要线程来执行的，一般是主线程来执行。既然是线程就该具备一个线程该有的东西。

那么，究竟一个线程里包含哪些东西呢？往下看👇

|---------线程---------|

程序计数器

线程栈(含有栈帧)

main方法即栈帧

...

...

 本地方法栈

 

 

 

 

 

 

 

 

关于栈帧，我懒得写了，这里推荐博客园里yulibo写的一篇关于栈帧的文章

https://www.cnblogs.com/yulibostu/articles/8944806.html

 

3. GC

英文释义：Garbage Collect

中文释义：垃圾回收

 

在JVM堆中，有着这样的划分👇

Eden：伊甸区

Survivor：幸存区

old ：老年区，即老年代

其中，

伊甸区和幸存区属于年轻代。

幸存区又分为s0区和s1区。

 

假如我们的JVM堆有300M空间

默认情况下(也可以通过命令手动指定各区域大小，这里就涉及到JVM内存优化的知识了)各区域对堆空间的划分比例是多少？

年轻代  ：老年代 = 1 : 2，即100M和200M。

伊甸区  ：幸存区 = 4 : 1，即80M和20M。//伊甸区：s0：s1 = 8 : 1 : 1

s0  ：s1 = 1 : 1，即10M和10M。

 

现在说说GC回收过程，简陋的区域划分图👇

　　伊甸区　　　　　　幸存去　　　　　老年区

|　　Eden　　|　　s0　　|　　s1　　|　　old　　|

 

1. new出来的对象首先肯定是进入到伊甸区，当伊甸区住满了以后，会触发一次minorGC，这时有一些游离对象会被当场杀死(释放掉)，而存活下来的对象(仍被引用的对象)，会被划分到s0区，并且分代年龄(存在于对象头ObjectHeader中)增加1。伊甸区这时已经空了。

2. 当伊甸区再次住满时，又会再次触发minorGC，这时又有一些游离对象(伊甸区和s0区)会被当场杀死(释放掉)，而存活下来的对象(伊甸区和s0区仍被引用的对象)，会被一起划分到s1区，并且分代年龄增加1。伊甸区和s0区这时已经空了。

3. 当伊甸区又再次住满时，又会再次触发minorGC，这时又又有一些游离对象(伊甸区和s1区)会被当场杀死(释放掉)，而存活下来的对象(伊甸区和s1区仍被引用的对象)，会被一起划分到s0区，并且分代年龄增加1。伊甸区和s1区这时已经空了。

4. 当这些幸存下来的对象年龄到达15岁时(默认，可通过 -XX:MaxTenuringThreshold 修改)，他们会被丢到老年区等死。

5. 当老年区到达饱和时，会触发一次fullGC(会对老年代和年轻代进行垃圾对象搜集回收，此过程非常耗时)，这时一些没人认领的老不死(游离对象)会被直接丢进火葬场。

上述2，3，4，5步骤只要满足条件会循环往复的执行，每次minorGC时都会先计算老年代的剩余内存空间。

 

*各单位注意，以下情况除外：

1. 每次minorGC之后幸存下来的对象，指伊甸区+放置对象的那个s区的总大小超过幸存区的内存空间时，会被直接丢进老年区。

2. 每次minorGC之后，如果幸存区(s0或s1当前有放置对象的那个区)放置的对象的总大小超过幸存区内存空间的50%时(默认，可通过 -XX:TargetSurvivorRatio 修改)，那么这批对象里年量较大一批对象会被直接丢进老年区。

 

4. GCRoot根节点

GC是如何找到所有被直接或间接引用到的对象的呢？

答：就是根据GCRoot根节点，不断向下搜索(可达性分析算法)，被找到的对象会被JVM复制算法复制到幸存区中的非空区域，

而其余对象被标记为垃圾对象后直接干掉。

*注：我上述提到的所谓的游离对象就是垃圾对象，就是根据根结点无法找到的对象，这些对象没有被任何其他变量引用。

 

哪些变量可以看作是根节点呢？

答：线程栈本地变量、静态变量、本地方法栈的变量等。

 

5. STW

英文释义：Stop The World

中文释义：时停　　//JoJo，我真是嗨到不行啊~

 

它其实就是在GC时，会停止所有正在执行的用户线程的一种现象。

 

为什么要停止所有用户线程？

因为如果不停止，那么GC的时候对象的引用状态就不能被确定，比如有些被判定为非游离态的对象在线程执行过程中变为游离态了，那我GC之前判定的结果是不是就不对了，难道我又重新计算一次？这不是陷入死循环了吗，这还玩儿个屁啊。

 

6. 最后

珍爱生命，减少fullGC，让程序飞起来~

介绍一个JDK自带的诊断工具

命令行：jvisualvm

可以通过 Visual GC(该插件需要额外安装) Tab页查看进程的GC的动态图形过程。

 

欢迎看官儿们留言补充和指正，谢谢下次见！