你好,我是 shengjk1,多年大厂经验,努力构建 通俗易懂的、好玩的编程语言教程。 欢迎关注!你会有如下收益:
- 了解大厂经验
- 拥有和大厂相匹配的技术等
希望看什么,评论或者私信告诉我!
文章目录
- 一、前言
- 二、JVM 分代
- 2.1 JVM 中对象生命周期分布
- 2.2 JVM 分代图
- 2.3 特殊情况
- G1收集器内存分代
- Parallel Collector 分代
- 三、GC测试
- 3.1 查看 JVM 模型配置
- 3.2 代码测试
- 3.3 GC 日志解释
- 四、总结
一、前言
写过 java 的小伙伴肯定都知道 JVM 分为年轻代、永久代,但为什么这么分,有没有什么理论基础呢?
二、JVM 分代
2.1 JVM 中对象生命周期分布
经过对大量实际应用程序的观察和分析,得出如下图:
x 轴表示对象在生命周期内,分配的字节数。 y 轴上表示相应生命周期内的对象占用的总字节数。左边的尖峰代表分配后不久可以回收的对象。蓝色区域表示对象生命周期的典型分布。所以可以得出如下结论:
- 大多数对象的生命周期很短暂:在许多应用程序中,绝大多数对象的生命周期都非常短暂,即它们很快就会变成垃圾,被回收掉
- 少数对象的生命周期较长:虽然大部分对象很快就会被回收,但也有一小部分对象的生命周期比较长,它们可能会存活很长时间
为了优化上述的两点,在内存管理方面,JVM按代进行管理,利用内存池保存不同年龄的对象。每当某一代充满时,会触发垃圾收集操作。
大多数对象被分配到年轻代,其中绝大多数对象最终在这一代消亡。当年轻代达到容量时,会触发垃圾收集,只针对年轻代进行垃圾回收;而其他代中的垃圾暂不处理。在每次次要收集时,一部分幸存对象会被移至永久代。永久代最终也会填满,需要对整个堆进行回收,持续的时间通常年轻代长,因为牵扯的对象数量更多。
2.2 JVM 分代图
JVM默认的分代图,需要注意的是排除:Parallel Collector and G1回收算法
- 在初始化时,虚拟地保留最大地址空间,但除非需要,否则不会分配给物理内存。为对象内存保留的完整地址空间可以分为年轻代和终身代。
- 年轻代由 eden 和两个 survivor 空间组成。大多数对象最初是在 eden 中分配的。一个survivor 空间在任何时候都是空的,并且作为 eden 中任何存活对象的目的地;另一个 survivor 空间是下一次复制收集期间的目的地。对象以这种方式在幸存者空间之间复制,直到它们足够老而可以被保留(复制到终身代)。
2.3 特殊情况
G1收集器内存分代
- 不再明显的分代概念:与传统的分代收集器不同,G1收集器没有严格的年轻代和老年代的划分。它将整个堆分为多个大小相等的区域(Region),并根据垃圾收集的活动动态地划分为年轻代和老年代区域。
- 独特的回收方法:在G1中,每个区域都可以用作年轻代或老年代,因此没有严格意义上的固定分代。它会选择多个区域进行垃圾收集,并使用一种叫做“垃圾优先”(Garbage First)算法来进行整体的堆回收。
Parallel Collector 分代
在Parallel Collector中,与其他经典的垃圾收集器(如Serial收集器和CMS收集器)不同,它在新生代的设计中没有显式地使用Eden区和Survivor区的划分。而是将新生代划分为一部分专门用于存放对象的区域,这使得Parallel Collector更注重整个新生代的高效垃圾回收
三、GC测试
3.1 查看 JVM 模型配置
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
我这台机器的默认配置如下:
-XX:InitialHeapSize=264819584 -XX:MaxHeapSize=4237113344 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC
openjdk version "1.8.0_332"
OpenJDK Runtime Environment (Temurin)(build 1.8.0_332-b09)
OpenJDK 64-Bit Server VM (Temurin)(build 25.332-b09, mixed mode)
解释如下:
- `-XX:InitialHeapSize=264819584`:设置 JVM 初始堆内存大小为大约 **252MB**。这是 JVM 启动时分配的最小堆内存量。
- `-XX:MaxHeapSize=4237113344`:设置 JVM 最大堆内存大小为大约 **4040MB**(即约 **3.94GB**)。这是 JVM 堆内存能够增长到的最大限度。在运行过程中,如果堆内存需求增加,JVM 堆大小可以动态增长直至此上限。
- `-XX:+PrintCommandLineFlags`:指示 JVM 在启动时打印出所有的命令行标志(参数),这有助于调试和记录当前虚拟机的配置状态。
- `-XX:+UseCompressedClassPointers`:启用类指针的压缩。在 64 位 JVM 上,这可以减少类元数据占用的内存空间,从而降低内存消耗,并可能提升性能。
- `-XX:+UseCompressedOops`:启用“普通对象指针(Ordinary Object Pointers)”的压缩。此设置减少了64位系统上对象引用的大小,从而减少了内存使用并且没有显著影响到性能。这是提升大内存Java应用性能的一项常用技术。
- `-XX:-UseLargePagesIndividualAllocation`:禁止为每个大页面(Large Page)进行单独的分配。大页面技术通常用于提高大型应用的性能,通过减少页面表条目的数量来减少CPU缓存的压力,但需要操作系统的支持。这个参数指定了不使用单独分配大页的方式,这可能是因为配置了通用的大页支持或者没有需求使用该特性。
- `-XX:+UseParallelGC`:启用 Parallel 垃圾收集器。Parallel 收集器是一个并行的新生代垃圾收集器,使用多线程来提高垃圾收集效率,主要目标是增加应用程序的吞吐量。
3.2 代码测试
public static void main(String[] args) {while (true){try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}ArrayList<Object> objects = new ArrayList<>(1024);for (int i = 0; i < 1024 * 10; i++) {objects.add(new Object[]{});}}
}
不断的创建 List,为了更快的观察到 GC 日志,我们设置
-Xmx80m -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:./gc.log
解释如下:
- `-Xmx20m`:设置了 Java 堆的最大内存为 **20MB**。这个参数限制了 Java 程序运行时最大可用的堆内存大小,超过这个大小后 JVM 将会抛出 OutOfMemoryError 错误。
- `-verbose:gc`:启用了垃圾回收输出信息。当垃圾回收器执行垃圾回收时,会输出简要的垃圾收集情况,包括开始和结束的时间点。
- `-XX:+PrintGCDetails`:详细输出垃圾收集的信息。这个参数会打印出关于每次垃圾收集的详细信息,包括各个区域的使用情况、垃圾回收时间、被收集对象等信息。
- `-XX:+PrintGCDateStamps`:打印垃圾回收发生的日期时间戳。此参数会在详细的垃圾收集日志中包含日期时间信息,有助于更好地跟踪和分析垃圾回收的情况。
- `-Xloggc:./gc.log`:将垃圾收集日志输出到指定的文件中,这里指定为当前目录下的 `gc.log` 文件。通过这个参数,JVM 会将详细的垃圾收集日志记录到指定文件中,可以用于后续分析和调试。
运行上述代码,可以看到 GC 日志如下:
OpenJDK 64-Bit Server VM (25.332-b09) for windows-amd64 JRE (1.8.0_332-b09), built on Apr 23 2022 01:25:28 by "jenkins" with MS VC++ 12.0 (VS2013)
Memory: 4k page, physical 16551224k(667012k free), swap 52371688k(14504324k free)
CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC
2024-05-21T20:05:55.659+0800: 8.192: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 5632K->510K(6144K)] 5632K->1384K(19968K), 0.0024955 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2024-05-21T20:06:15.807+0800: 28.340: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 6142K->488K(6144K)] 7016K->1369K(19968K), 0.0008134 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2024-05-21T20:06:34.936+0800: 47.468: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 6120K->502K(6144K)] 7001K->1440K(19968K), 0.0009532 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2024-05-21T20:06:55.174+0800: 67.706: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 6134K->504K(6144K)] 7072K->1449K(19968K), 0.0008710 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2024-05-21T20:07:14.356+0800: 86.888: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 6136K->492K(6144K)] 7081K->1486K(19968K), 0.0007995 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2024-05-21T20:07:33.536+0800: 106.068: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 6078K->486K(4096K)] 7072K->1496K(17920K), 0.0010000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
2024-05-21T20:07:46.621+0800: 119.153: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4070K->160K(5120K)] 5080K->1501K(18944K), 0.0004745 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
3.3 GC 日志解释
我们一块一块的解释:
OpenJDK 64-Bit Server VM (25.332-b09) for windows-amd64 JRE (1.8.0_332-b09), built on Apr 23 2022 01:25:28 by "jenkins" with MS VC++ 12.0 (VS2013)
这段 GC 日志提供了关于 JVM 的版本信息和构建详情,下面是对这部分日志的解释:- **OpenJDK 64-Bit Server VM (25.332-b09) for windows-amd64 JRE (1.8.0_332-b09)** :这部分说明了 JVM 的具体信息。其中:- OpenJDK 64-Bit Server VM 表示这是一个64位的服务器端虚拟机。- 25.332-b09 是 JVM 的版本号,提供了关于编译版号的详细信息。- windows-amd64 表示 JVM 运行在 Windows 系统的 64 位架构上。- JRE (1.8.0_332-b09) 提供了 Java 运行时环境版本信息。- **Built on Apr 23 2022 01:25:28 by "jenkins" with MS VC++ 12.0 (VS2013)** :这部分提供了 JVM 构建的时间和工具信息。- Built on Apr 23 2022 01:25:28 表示 JVM 是在 2022年4月23日凌晨01:25:28 构建的。- by "jenkins" 表示使用 Jenkins 自动化工具构建。- with MS VC++ 12.0 (VS2013) 表明使用 Microsoft Visual C++ 12.0 (VS2013) 编译器来构建 JVM。
Memory: 4k page, physical 16551224k(667012k free), swap 52371688k(14504324k free)
这段 GC 日志中提供了关于系统内存情况的信息,下面是对这段日志的解释:- **Memory: 4k page**:指定系统内存页的大小为 4KB。这表示系统在管理内存时使用 4KB 作为一页的基本单位。这是操作系统中很常见的内存页大小。
- **physical 16551224k(667012k free)** :表示系统的物理内存情况。在括号内的部分是具体数值,16551224k 表示系统的物理内存总共为 16,551,224 KB(约 16.5 GB),其中 667,012 KB(约 667 MB)是可用的空闲内存。系统内存中可能包括用于程序运行和缓存的内存等。
- **swap 52371688k(14504324k free)** :给出了系统的交换空间(swap space)情况。在括号内的部分表示具体数值,52371688k 表示总共的交换空间为 52,371,688 KB(约 52.4 GB),其中有 14,504,324 KB(约 14.5 GB)是可用的空闲交换空间。交换空间是硬盘上用来扩展物理内存的一部分,当物理内存不足时,操作系统会将部分数据从内存中交换到硬盘的交换分区(swap partition)中。
2024-05-21T20:07:46.621+0800: 119.153: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4070K->160K(5120K)] 5080K->1501K(18944K), 0.0004745 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
这段 GC 日志提供了一次垃圾回收事件的详细信息,下面是对这条日志的解释:- **时间戳信息**:2024年5月21日,UTC+0800时区,具体时间为20:07:46.621。这个时间戳提供了垃圾回收事件发生的时间。- **持续时间信息**:从上次垃圾回收到本次垃圾回收经过了约119.153秒。- **GC事件**:这次垃圾回收事件是由“Allocation Failure”引起的,即由于在年轻代进行对象分配时失败触发了垃圾回收。- **PSYoungGen信息**:涉及的内存区域为 PSYoungGen(Parallel Scavenge算法的年轻代)。具体变化如下:- 在垃圾回收前,年轻代中的内存从4070KB减少到160KB。- 年轻代的总容量为5120KB,表示年轻代的总大小。- **整个堆内存信息**:整个堆的内存变化如下:- 在垃圾回收前,整个堆内存从5080KB减少到1501KB。- 整个堆的总容量为18944KB,表示整个堆的总大小。- **耗时信息**:垃圾回收过程耗时为0.0004745秒。- user=0.00 表示用户态时间为0秒。- sys=0.00 表示系统态时间为0秒。- real=0.00 表示实际时间为0秒。综合解释,这条 GC 日志记录了一次由“Allocation Failure”引发的垃圾回收事件,描述了年轻代和整个堆内存的变化情况,以及垃圾回收过程的耗时信息
四、总结
JVM的分代机制是为了优化内存管理,将内存分为年轻代和老年代,利用内存池保存不同年龄的对象。
大多数对象被分配到年轻代,其中绝大多数对象最终在这一代消亡。当年轻代达到容量时,会触发垃圾收集,只针对年轻代进行垃圾回收;而其他代中的垃圾暂不处理。在每次次要收集时,一部分幸存对象会被移至永久代。永久代最终也会填满,需要对整个堆进行回收,持续的时间通常年轻代长,因为牵扯的对象数量更多。