学习笔记-JVM-对象结构及生命周期

news2024/11/25 16:21:21

申明：文章内容是本人学习极客时间课程所写，文字和图片基本来源于课程资料，在某些地方会插入一点自己的理解，未用于商业用途，侵删。
原资料地址：课程资料

对象的创建流程

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常量池检查:检查new指令是否能在常量池中定位到这个类的符号引用，检查类之前是否被加载过

分配内存空间
有两种方式：

指针碰撞: GC不带压缩功能，Serial和ParNew

空闲列表: GC带压缩功能，CMS
注：内存的分配大多数new出来的对象都是新生代，但是也有部分会去到老年代。
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指针碰撞往往是一片连续的区域，控血列表是非连续的。

*内存分配存在的问题
1 线程安全问题，因为堆是共享的，如果多个线程同时执行可能存在线程安全问题。
解决方案：
1）通过CAS乐观锁:IVM虚拟机采用CAS失败重试的方式保证更新操作的原子性
2）TLAB (Thread LocalAllocation Buffer) 本地线程分配缓存，预分配

分配主流程:首先从TLAB里面分配，如果分配不到，再使用CAS从堆里面划分

必要信息设置
对象类的元数据，对象哈希码，GC分带年龄（存储在对象头中）

进入老年代

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进入老年代的条件：

1 存活年龄太大，默认超过15次【-XX:MaxTenuringThreshold】

2 动态年龄判断：MinorGC之后，发现Survivor区中的一批对象的总大小大于了这块Survivor区
的50%，那么就会将此时大于等于这批对象年龄最大值的所有对象，直接进入老年代。
举个栗子：Survivor区中有一批对象，年龄分别为年龄1+年龄2+年龄n的多个对象，对象总和大小超过了Survivor区域的50%，此时就会把年龄n及以上的对象都放入老年代。

为什么会这样？希望那些可能是长期存活的对象，尽早进入老年代。
-XX:TargetSurvivorRatio可以指定

2 大对象直接进入老年代：前提是Serial和ParNew收集器
举个栗子：字符串或数组
-XX:PretenureSizeThreshold 一般设置为1M
为什么会这样？为了避免大对象分配内存时的复制操作降低效率。避免了Eden和Survivor区的复制

3 MinorGC后，存活对象太多无法放入Survivor

空间担保机制：当新生代无法分配内存的时候，我们想把新生代的老对象转移到老年代，然后把新对象
放入腾空的新生代。此种机制我们称之为内存担保。

MinorGC前，判断老年代可用内存是否小于新时代对象全部对象大小，如果小于则继续判断
判断老年代可用内存大小是否小于之前每次MinorGC后进入老年代的对象平均大小

如果是，则会进行一次FullGC，判断是否放得下，放不下OOM
如果否，则会进行一些MinorGC：
MinorGC后，剩余存活对象小于Survivor区大小，直接进入Survivor区
MinorGC后，剩余存活对象大于Survivor区大小，但是小于老年代可用内存，直接进入老年代
MinorGC后，剩余存活对象大于Survivor区大小，也大于老年代可用内存，进行FullGC
FullGC之后，任然没有足够内存存放MinorGC的剩余对象，就会OOM
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案例1,大对象直接进入老年区：

// -Xmx60m -Xms60m -XX:NewRatio=2 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails
// Xmx 程序运行时最大内存大小
// Xms 程序启动时最大内存大小
// NewRatio 年轻代和老年代的比例为1：2
// SurvivorRatio survivor区域和eden 区域的内存比例 1 ： 8
// PrintGCDetails 打印详细日志
public static void main(String[] args) {
       byte[] buffer = new byte[1024*1024*20];
 }

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由这个例子我们可以得出结论因为年轻代的内存总共也就18M左右导致年轻代无法存放我们创建的20M大小的数组，所以直接放入到了老年代。
案例2：

// -Xmx600m -Xms600m -XX:+PrintGCDetails
public class HeapInstance {
    public static void main(String[] args) {
        List<Picture> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            try {
                Thread.sleep(20);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024 * 1024)));
        }
    }
}

public class Picture {
    private byte[] pixels;
    public Picture(int length){
        this.pixels = new byte[length];
    }
}

与前面的描述呼应，进行三次FG后任然无法分配内存，则OOM。整个过程大致是这样，我们不断地创建对象，然后Eden区逐渐被占满，从而一部分对象复制到幸存区，然后幸存区（这个过程中会有动态年龄的判断来回复制）放不下了进入老年区，直到老年区也无法放下就内存溢出。
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空间担保机制：当新生代无法分配内存的时候，我们想把新生代的老对象转移到老年代，然后把新对象放入腾空的新生代。此种机制我们称之为内存担保。
案例3,动态内存担保机制的演示：

// -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC
public class Demo {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    public static void main(String[] args) {
        memoryAllocation();
    }
    public static void memoryAllocation() {
        byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
        allocation1 = new byte[1 * _1MB];//1M
        allocation2 = new byte[1 * _1MB];//1M
        allocation3 = new byte[1 * _1MB];//1M
        allocation4 = new byte[5 * _1MB];//5M
        System.out.println("完毕");
    }
}

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那么它执行的流程是这样的，前面3M的对象在eden区域分配后，后面来了一个5M的对象，发现内存不足，于是将之前3M 的数据移入了老年代，之后将5M的数据放入新生代，这就是内存担保机制。

对象内存布局

对象里的三个区：

对象头（Header）：Java对象头占8byte。如果是数组则占12byte。因为JVM里数组size需要使用4byte存储。
标记字段MarkWord：
用于存储对象自身的运行时数据，它是synchronized实现轻量级锁和偏向锁的关键。
默认存储：对象HashCode、GC分代年龄、锁状态等等信息。
为了节省空间，也会随着锁标志位的变化，存储数据发生变化。下面画图解释
类型指针KlassPoint：
是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例
开启指针压缩存储空间4byte，不开启8byte。
JDK1.6+默认开启
**数组长度：**如果对象是数组，则记录数组长度，占4个byte，如果对象不是数组则不存在。
**对齐填充：**保证数组的大小永远是8byte的整数倍。
实例数据（Instance Data）：生成对象的时候，对象的非静态成员变量也会存入堆空间
对齐填充（Padding）：JVM内对象都采用8byte对齐，不够8byte的会自动补齐。

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标记字段的结构：

案例1：

<dependency>
	<groupId>org.openjdk.jol</groupId>
	<artifactId>jol-core</artifactId>
	<version>0.9</version>
</dependency>

 Object o = new Object();
        System.out.println("new Object:" +
                ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());

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注：首先对象头是包含MarkWord和类型指针这两部分信息的；
开启指针压缩的情况下，存放Class指针的空间大小是4字节，MarkWord是8字节，对象头为12字节；
新建Object对象，会在内存占用16个字节，其中Header占12个（MarkWord占8个+KlassPoint占4个），没有实例数据，补充对齐4个。
结论：对象大小 = 对象头12 + 实例数据0 + 对齐填充4 = 16 bytes
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案例2：

public class TT {
    public static void main(String[] args) {
        Hero a = new Hero();
        System.out.println("new A:"+
                ClassLayout.parseInstance(a).

                        toPrintable());
        a.setFlag(true);
        a.setI(1);
        a.setStr("ABC");
        System.out.println("赋值 A:"+
                ClassLayout.parseInstance(a).
                        toPrintable());
    }
}