Penerokaan mendalam tentang kerja dalaman JVM: analisis terperinci daripada pemprosesan memori kepada pengumpulan sampah

Fahami prinsip JVM: analisis menyeluruh daripada pengurusan memori kepada pengumpulan sampah

Dengan aplikasi meluas bahasa Java, Java Virtual Machine (JVM) telah menjadi persekitaran penting untuk pelaksanaan program Java. Memahami prinsip JVM adalah sangat penting untuk pembangun Java, yang boleh membantu pengaturcara mengoptimumkan kod dan melaraskan prestasi. Artikel ini akan menganalisis secara menyeluruh pengurusan memori JVM dan mekanisme pengumpulan sampah, dan menyediakan contoh kod khusus untuk membantu pembaca memahami dengan lebih baik.

1. Tinjauan JVM
   JVM ialah salah satu komponen teras pelaksanaan program Java Ia bertanggungjawab untuk menterjemah kod bait Java (fail kelas) ke dalam kod mesin dan melaksanakannya. JVM adalah bebas daripada perkakasan dan sistem pengendalian, yang menjadikan program Java merentas platform.
2. Struktur memori JVM
   Struktur memori JVM terutamanya merangkumi bahagian berikut:
3. Kaedah Kawasan: digunakan untuk menyimpan maklumat metadata kelas, seperti kelas, kaedah dan maklumat medan.
4. Timbunan: digunakan untuk menyimpan tika objek.
5. Timbunan: digunakan untuk menyimpan data seperti pembolehubah setempat dan tindanan operan untuk panggilan kaedah.
6. Program Counter: digunakan untuk merekod alamat arahan bytecode yang dilaksanakan oleh thread semasa.
7. Timbunan Kaedah Asli: digunakan untuk menyimpan data yang berkaitan dengan panggilan kaedah setempat.

Berikut ialah contoh kod ringkas yang menunjukkan struktur memori 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. JVM pengurusan memori
   JVM mengurus memori secara automatik melalui mekanisme pengumpulan sampah, menyediakan peruntukan memori automatik dan fungsi pelepasan tidak diperlukan untuk mengurus memori secara manual. Pengurusan memori JVM terutamanya merangkumi aspek berikut:

• Pengurusan memori timbunan: Kejadian objek yang dicipta secara dinamik dalam atur cara Java disimpan dalam timbunan. JVM secara automatik mengitar semula objek yang tidak digunakan lagi melalui pemungut sampah untuk mengosongkan ruang memori. Saiz awal dan saiz maksimum timbunan Java boleh ditetapkan melalui parameter -Xms dan -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()

Pengurusan memori tindanan: Tindanan digunakan untuk menyimpan data seperti pembolehubah tempatan dan tindanan operan untuk panggilan kaedah. Setiap urutan mencipta bingkai tindanan apabila melaksanakan kaedah untuk menyimpan data berkaitan kaedah. Apabila kaedah dilaksanakan, bingkai tindanan yang sepadan akan dimusnahkan. Saiz tindanan boleh ditetapkan melalui parameter -Xss.

Kaedah kawasan dan pengurusan kolam berterusan masa jalan: Kawasan kaedah dalam JVM digunakan untuk menyimpan maklumat metadata kelas. Kolam pemalar masa jalan adalah sebahagian daripada kawasan kaedah dan digunakan untuk menyimpan pemalar rentetan dan rujukan simbol. JVM menggunakan pemungut sampah untuk mengumpul sampah kawasan kaedah dan mengeluarkan maklumat kelas dan pemalar yang tidak lagi digunakan.

🎜Algoritma kutipan sampah🎜Terdapat dua jenis utama algoritma kutipan sampah JVM: algoritma mark-sweep dan algoritma salin. 🎜🎜🎜🎜Algoritma Mark-Purge: Algoritma ini menandakan objek yang tidak lagi digunakan dan kemudian mengosongkannya. Tetapi algoritma ini mempunyai kelemahan yang jelas, yang akan menghasilkan banyak pemecahan memori. 🎜🎜Algoritma salin: Algoritma ini membahagikan memori kepada dua kawasan iaitu ruang Eden dan ruang Survivor. Objek ini mula-mula diperuntukkan ke ruang Eden Apabila ruang Eden tidak mencukupi, GC Minor dicetuskan dan objek yang masih hidup disalin ke ruang Survivor. Selepas berbilang koleksi, objek yang masih hidup akan disalin ke generasi lama. Algoritma ini mengurangkan pemecahan memori, tetapi membazirkan beberapa ruang memori. 🎜
🎜Pengumpul Sampah🎜JVM menyediakan pelbagai pemungut sampah untuk menjalankan operasi kutipan sampah. Pengumpul sampah biasa termasuk pengumpul bersiri, pengumpul selari dan pengumpul CMS. 🎜🎜🎜🎜Pengumpul Bersiri: Pengumpul bersiri ialah pemungut sampah yang paling mudah, menggunakan satu benang untuk kutipan sampah. Sesuai untuk senario aplikasi beban rendah dalam pemproses teras tunggal atau pemproses berbilang teras. 🎜🎜Pengumpul Selari: Pengumpul selari menggunakan berbilang benang untuk pengumpulan sampah dan boleh memanfaatkan sepenuhnya pemproses berbilang teras. Sesuai untuk senario aplikasi beban tinggi dalam pemproses berbilang teras. 🎜🎜Pengumpul CMS (Tanda Serentak dan Pemungut Sapu): Pengumpul CMS ialah pemungut sampah jeda rendah yang melakukan kutipan sampah melalui dua peringkat: penandaan serentak dan pembersihan serentak. Sesuai untuk senario aplikasi yang memerlukan masa jeda yang tinggi. 🎜🎜Berikut ialah contoh kod yang menunjukkan mekanisme pengumpulan sampah JVM: 🎜rrreee🎜Dengan contoh kod di atas, objek boleh dibuat dalam gelung dan System.gc( )kaedah mencetuskan operasi kutipan sampah. 🎜🎜Ringkasan: 🎜Artikel ini menganalisis secara menyeluruh pengurusan memori dan mekanisme pengumpulan sampah JVM. Dengan memahami struktur memori JVM, pengurusan memori dan algoritma pengumpulan sampah, serta pengumpul sampah biasa, pembangun boleh membantu pembangun mengoptimumkan kod dengan lebih baik dan melaraskan prestasi untuk meningkatkan kecekapan pelaksanaan aplikasi. Struktur memori dan mekanisme pengumpulan sampah JVM ditunjukkan melalui contoh kod khusus. Saya harap ia akan membantu pembaca memahami prinsip JVM. 🎜

Atas ialah kandungan terperinci Penerokaan mendalam tentang kerja dalaman JVM: analisis terperinci daripada pemprosesan memori kepada pengumpulan sampah. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!