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JVM 内存模型与垃圾回收过程详解

1. JVM内存分区

1.1 具体分区

Java虚拟机（JVM）的内存模型主要分为两个大区：新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。新生代进一步细分为三个区域：Eden区、Survivor区，而Survivor区又分为From Survior区（S0）和To Survior区（S1）。

1.2 JVM内存分区的必要性

分代收集算法是JVM垃圾回收的核心策略之一，它将堆内存划分为几个不同的区域，以便更有效地管理不同生命周期的对象。

• 分代收集算法的优势：这种策略能够保证高速的读写操作同时保持内存的连续性。
• 内存分区的目的：通过分区，可以针对不同类型的对象采取不同的回收策略，提高垃圾回收的效率。

2. 垃圾回收

2.1 CMS垃圾回收器

• 分代：CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾回收器将堆内存分为新生代、老年代和永久代（Java 8后改为元空间Metaspace）。
• 工作流程：
  • 初始标记：一个短暂的停止-the-world过程，标记所有从根可达的老年代对象。
  • 并发标记：与应用程序线程并发执行，继续标记所有可达对象。
  • 重新标记：再次停止-the-world，修正并发标记阶段的变化。
  • 并发清理：与应用程序线程并发执行，清理已标记为死亡的对象。
• 适用场景：
  • CMS适用于对响应时间要求较高的系统，因为它试图减少垃圾回收对应用程序的影响，但可能会产生较多的内存碎片。

2.2 G1垃圾回收器

• 分代：G1（Garbage-First）垃圾回收器将堆内存划分为多个Region，这些Region可以是新生代或老年代。
• 工作流程：
  • 混合收集：初始阶段，G1执行一个类似于CMS的混合收集，清理新生代和老年代。
  • 标记阶段：使用Region-based的标记算法识别所有可达对象。
  • 预备阶段：G1计算每个Region的垃圾回收价值（GC Value），并决定回收哪些Region以及回收多少内存。
  • 回收阶段：G1并发地回收选定的Region，分段进行，不会影响应用程序的吞吐量。
• 适用场景：
  • G1适用于多核处理器，旨在提供高吞吐量和低延迟，同时减少内存碎片。

2.3 JVM垃圾回收从新生代到老年代

1. 对象创建：程序启动时，在Eden区创建大量临时对象。
2. Eden区满：当Eden区空间不足时，通过可达性算法标记所有从根可达的对象，将它们放入S0区，清空Eden区。
3. 复制/清除：Eden区再次满时，将S0和S1交换角色，通过复制/清除算法将数据复制到S0区。
4. 对象晋升：如果对象在新生代经历了预设的年龄阈值（如15次Minor GC）后仍然存活，它会被晋升到老年代。
5. Survivor空间不足：如果Survivor空间不足以容纳存活对象，一些存活时间较长的对象可能会直接晋升到老年代。
6. 大对象：如果一个数组或对象的大小超过了新生代的最大容量，它将直接在老年代分配。
7. 特定对象：某些特定对象（如使用Finalize方法的对象）可能会被设置为总是直接进入老年代。