Une exploration approfondie du fonctionnement interne de la JVM : une analyse détaillée du traitement de la mémoire au garbage collection

Comprendre les principes de la JVM : une analyse complète de la gestion de la mémoire au garbage collection

Avec l'application généralisée du langage Java, la machine virtuelle Java (JVM) est devenue un environnement important pour l'exécution de programmes Java. Comprendre les principes JVM est très important pour les développeurs Java, ce qui peut aider les programmeurs à optimiser le code et à ajuster les performances. Cet article analysera de manière approfondie le mécanisme de gestion de la mémoire et de garbage collection de la JVM, et fournira des exemples de code spécifiques pour aider les lecteurs à mieux comprendre.

1. Présentation de la JVM
   JVM est l'un des composants essentiels de l'exécution du programme Java. Elle est chargée de traduire le bytecode Java (fichier .class) en code machine et de l'exécuter. La JVM est indépendante du matériel et des systèmes d'exploitation, ce qui rend les programmes Java multiplateformes.
2. Structure de mémoire JVM
   La structure de mémoire de JVM comprend principalement les parties suivantes :
3. Zone de méthode : utilisée pour stocker les informations de métadonnées des classes, telles que les informations de classe, de méthode et de champ.
4. Heap : utilisé pour stocker les instances d'objets.
5. Stack : utilisé pour stocker des données telles que des variables locales et des piles d'opérandes pour les appels de méthode.
6. Compteur de programme : utilisé pour enregistrer l'adresse de l'instruction de bytecode exécutée par le thread actuel.
7. Native Method Stack : utilisée pour stocker les données liées aux appels de méthodes locales.

Ce qui suit est un exemple de code simple qui démontre la structure de la mémoire de la JVM :

public class MemoryStructureExample {
    // 静态方法区
    static String staticVar = "Static variable";
  
    public static void main(String[] args) {
        // 程序计数器
        int pc = 0;
      
        // 栈
        int localVar = 10;
        int result = add(5, 3);
        System.out.println("Result: " + result);
      
        // 堆
        Object obj = new Object();
        System.out.println(obj.toString());
    }
  
    // 方法区
    public static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
}

3. Gestion de la mémoire JVM
   La JVM gère automatiquement la mémoire via le mécanisme de récupération de place, fournissant des fonctions d'allocation et de libération automatiques de mémoire dont les développeurs n'ont pas besoin. pour gérer manuellement la mémoire. La gestion de la mémoire de la JVM comprend principalement les aspects suivants :

• Gestion de la mémoire du tas : les instances d'objets créées dynamiquement dans les programmes Java sont stockées dans le tas. La JVM recycle automatiquement les objets qui ne sont plus utilisés via le garbage collector pour libérer de l'espace mémoire. La taille initiale et la taille maximale du tas Java peuvent être définies via les paramètres -Xms et -Xmx. -Xms和-Xmx参数来设置Java堆的初始大小和最大大小。
• 栈内存管理：栈用于存放方法调用的局部变量、操作数栈等数据。每个线程在执行方法时都会创建一个栈帧，用于存储方法相关的数据。当方法执行完毕后，对应的栈帧会被销毁。栈的大小可以通过-Xss参数进行设置。
• 方法区和运行时常量池管理：JVM中的方法区用于存放类的元数据信息。运行时常量池是方法区的一部分，用于存放字符串常量和符号引用。JVM通过垃圾回收器对方法区进行垃圾回收，释放不再使用的类信息和常量。

4. 垃圾回收算法
   JVM的垃圾回收算法主要有两种：标记-清除算法和复制算法。

• 标记-清除算法：该算法通过标记不再使用的对象，然后将其进行清除。但是该算法有一个明显的缺点，会产生大量的内存碎片。
• 复制算法：该算法将内存划分为两个区域，分别为Eden空间和Survivor空间。对象首先被分配到Eden空间，当Eden空间不足时，会触发Minor GC，将仍然存活的对象复制到Survivor空间。经过多次回收后，仍然存活的对象会被复制到老年代。这种算法减少了内存碎片，但是浪费了一部分内存空间。

5. 垃圾回收器
   JVM提供了多种垃圾回收器，用于执行垃圾回收操作。常见的垃圾回收器有串行回收器、并行回收器和CMS回收器等。

• 串行回收器（Serial Collector）：串行回收器是最简单的垃圾回收器，使用单线程进行垃圾回收。适用于单核处理器或多核处理器中低负载的应用场景。
• 并行回收器（Parallel Collector）：并行回收器使用多线程进行垃圾回收，能够充分利用多核处理器的优势。适用于多核处理器中高负载的应用场景。
• CMS回收器（Concurrent Mark and Sweep Collector）：CMS回收器是一种低停顿垃圾回收器，它通过并发标记和并发清除两个阶段来执行垃圾回收。适用于对停顿时间要求较高的应用场景。

下面是一个代码示例，演示了JVM的垃圾回收机制：

public class GarbageCollectionExample {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
            Object obj = new Object();
            System.gc();
        }
    }
}

通过上述代码示例，可以在循环中创建对象，并在每次创建对象后调用System.gc()

Gestion de la mémoire de la pile : la pile est utilisée pour stocker des données telles que des variables locales et des piles d'opérandes pour les appels de méthode. Chaque thread crée un cadre de pile lors de l'exécution d'une méthode pour stocker les données liées à la méthode. Lorsque la méthode est exécutée, le frame de pile correspondant sera détruit. La taille de la pile peut être définie via le paramètre -Xss.

Zone de méthode et gestion du pool de constantes d'exécution : la zone de méthode dans la JVM est utilisée pour stocker les informations de métadonnées de la classe. Le pool de constantes d'exécution fait partie de la zone de méthode et est utilisé pour stocker les constantes de chaîne et les références de symboles. La JVM utilise le garbage collector pour récupérer la zone de méthode et libérer les informations de classe et les constantes qui ne sont plus utilisées.

🎜Algorithme de récupération de place🎜Il existe deux principaux types d'algorithmes de récupération de place JVM : l'algorithme de marquage-balayage et l'algorithme de copie. 🎜🎜🎜🎜Algorithme de marquage-purge : cet algorithme marque les objets qui ne sont plus utilisés puis les efface. Mais cet algorithme présente un défaut évident, qui va générer beaucoup de fragmentation de la mémoire. 🎜🎜Algorithme de copie : Cet algorithme divise la mémoire en deux zones, à savoir l'espace Eden et l'espace Survivant. L'objet est d'abord alloué à l'espace Eden. Lorsque l'espace Eden est insuffisant, le Minor GC est déclenché et les objets survivants sont copiés dans l'espace Survivant. Après plusieurs collections, les objets survivants seront copiés vers l'ancienne génération. Cet algorithme réduit la fragmentation de la mémoire, mais gaspille de l'espace mémoire. 🎜
🎜Garbage Collector🎜JVM fournit une variété de garbage collector pour effectuer des opérations de garbage collection. Les garbage collector courants incluent les collecteurs en série, les collecteurs parallèles et les collecteurs CMS. 🎜🎜🎜🎜Serial Collector : Le collecteur en série est le garbage collector le plus simple, utilisant un seul thread pour le garbage collection. Convient aux scénarios d'application à faible charge dans les processeurs monocœur ou multicœurs. 🎜🎜Parallel Collector : Le collecteur parallèle utilise plusieurs threads pour le garbage collection et peut tirer pleinement parti des processeurs multicœurs. Convient aux scénarios d'applications à charge élevée dans les processeurs multicœurs. 🎜🎜Collecteur CMS (Concurrent Mark and Sweep Collector) : Le collecteur CMS est un garbage collector à faible pause qui effectue le garbage collection en deux étapes : le marquage simultané et le balayage simultané. Convient aux scénarios d'application nécessitant un temps de pause élevé. 🎜🎜Ce qui suit est un exemple de code qui démontre le mécanisme de récupération de place de la JVM : 🎜rrreee🎜Avec l'exemple de code ci-dessus, les objets peuvent être créés dans une boucle et System.gc( )la méthode déclenche les opérations de garbage collection. 🎜🎜Résumé : 🎜Cet article analyse de manière approfondie le mécanisme de gestion de la mémoire et de garbage collection de la JVM. En comprenant la structure de la mémoire de la JVM, les algorithmes de gestion de la mémoire et de garbage collection, ainsi que les garbage collectors courants, les développeurs peuvent aider les développeurs à mieux optimiser le code et à ajuster les performances pour améliorer l'efficacité de l'exécution des applications. La structure de la mémoire et le mécanisme de récupération de place de JVM sont démontrés à travers des exemples de code spécifiques. J'espère qu'il sera utile aux lecteurs de comprendre les principes de JVM. 🎜

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!