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JVM 与 GC 讲解,你学会了吗?

2024-11-30 09:39

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JVM 的 GC 对应用程序性能有着重要影响。频繁的 GC 事件可能导致应用程序的暂停时间增加,从而降低用户体验。为了优化 GC 性能,开发人员可以采取以下措施:

总之,理解 JVM 和 GC 的工作原理对于编写高性能、稳定的Java应用程序至关重要。

二、JVM 内存模型

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Java虚拟机(JVM)内存模型定义了Java程序在运行时如何使用计算机的内存资源。它将内存划分为不同的区域,每个区域用于存储不同类型的数据和执行不同的任务。以下是JVM内存模型的主要部分:

JVM内存模型的理解对于编写高效且稳定的Java应用程序至关重要。通过对不同内存区域的管理和优化,可以提高应用程序的性能和可靠性。

三、GC算法和回收器

在Java虚拟机(JVM)中,垃圾回收(GC)是自动管理内存的机制,而垃圾回收涉及两个主要方面:垃圾回收算法和垃圾回收器。垃圾回收算法定义了如何判断哪些对象是垃圾以及如何回收它们,而垃圾回收器是实际执行垃圾回收算法的组件。

以下是一些常见的垃圾回收算法和垃圾回收器:

1)垃圾回收算法

  1. 首先,标记阶段标记所有可达的对象。
  2. 然后,清除阶段将未被标记的对象回收,释放内存空间。
  1. 标记阶段与标记-清除算法相同,标记所有可达对象。

  2. 整理阶段将存活的对象移动到一侧,然后释放未被移动的内存。

  1. 将内存分为两个区域,通常是Eden和Survivor空间。

  2. 在每次垃圾回收时,将存活的对象从一个区域复制到另一个区域,然后清除原区域。

  1. 增量式垃圾回收:将垃圾回收过程分成多个阶段,在应用程序执行期间交替执行,减少停顿时间。

  2. 并发式垃圾回收:允许在应用程序执行时进行垃圾回收,从而减少停顿时间。

2)垃圾回收器

  1. 单线程垃圾回收器,主要用于新生代。
  2. 使用复制算法进行垃圾回收。
  1. 多线程垃圾回收器,适用于多核处理器。

  2. 主要用于新生代,使用复制算法。

  1. 并发垃圾回收器,用于老年代。

  2. 标记-清除算法,允许在应用程序执行时部分并发执行。

  1. 面向大堆和低停顿时间的垃圾回收器。

  2. 使用标记-整理算法,将内存划分为多个区域,优先回收包含垃圾最多的区域。

  1. 最小化停顿时间的垃圾回收器,适用于大堆。

  2. 使用不同的算法和技术来实现低停顿时间的垃圾回收。

每种垃圾回收算法和垃圾回收器都有其适用的场景和性能特点。选择适当的垃圾回收器取决于应用程序的需求,内存使用情况和性能目标。

四、垃圾回收机制(GC)

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Java垃圾回收机制是一种自动管理内存的机制,由Java虚拟机(JVM)负责。它的目标是通过检测和回收不再被程序引用的对象,释放内存并防止内存泄漏。以下是Java垃圾回收机制的主要特点:

1)分代垃圾回收机制

分代垃圾回收机制是一种内存管理策略,主要用于优化垃圾回收的效率。它的核心思想是将内存划分为不同的代(Generation),通常包括新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation),以便更有效地管理不同生命周期的对象。

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以下是分代垃圾回收机制的原理:

新生代主要用于分配新创建的对象。由于大部分对象的生命周期很短,新生代采用了一种高效的垃圾回收算法,通常是复制算法(Copying Algorithm)。

新生代被分为三个部分:Eden空间和两个Survivor空间(通常称为S0和S1)。新创建的对象首先分配在Eden空间。

在垃圾回收过程中,首先会将Eden空间和一个Survivor空间中仍然存活的对象复制到另一个Survivor空间中,然后清除Eden和前一个Survivor空间中的所有对象。这样,每次垃圾回收后,存活的对象仍然保留在新生代。

分代垃圾回收机制的原理是根据对象的生命周期特点,将不同生命周期的对象放置在不同的内存区域,并使用不同的垃圾回收策略,从而提高了垃圾回收的效率和性能。这种机制在处理短寿命对象和长寿命对象的应用中具有优势。

2)G1 垃圾回收器

G1(Garbage-First)收集器是Java虚拟机(JVM)中的一种垃圾回收器,旨在提供更高吞吐量和更稳定的停顿时间。它于JDK 7引入,主要针对大内存堆和低停顿时间的应用场景。G1收集器通过将堆内存划分为多个区域(Region)来管理内存,并采用不同的垃圾回收策略来实现其目标。

以下是G1收集器的一些特点和工作原理:

G1 收集器在大堆内存和低停顿时间的应用场景下表现出色。它通过区域划分、并发标记和 Mixed GC等策略,减少了垃圾回收带来的长时间停顿,同时提供了相对较高的吞吐量。根据应用程序的需求和性能目标,选择适当的垃圾回收器非常重要,G1 是一个在这方面具有竞争力的选择。

3)FullGC 机制

Full GC(Full Garbage Collection) 是指对整个堆内存(包括新生代和老年代)进行垃圾回收的操作,它的执行会导致应用程序的停顿时间较长。相对而言,Full GC 的停顿时间通常比部分垃圾回收(如新生代的垃圾回收)要长,因为它需要处理整个堆内存中的对象。

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Full GC 通常会在以下情况下发生:

Full GC执行的过程通常包括以下步骤:

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Full GC 的停顿时间较长,可能会对应用程序的性能和响应时间产生影响。因此,在设计和优化Java应用程序时,需要根据应用的需求和性能目标,合理配置堆内存大小、垃圾回收策略以及选择合适的垃圾回收器,以尽量减少Full GC的发生和影响。

来源:大数据与云原生技术分享内容投诉

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