深入理解-JVM&G1 GC pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容介绍
　　G1GC提出了不确定性Region，每个空闲Region不是为某个固定年代准备的，它是灵活的，需求驱动的，所以G1GC代表了XJ性。 　　《深入理解JVM＆G1GC》主要为学习Java语言的学生、初级程序员提供GC的使用参考建议及经验，着重介绍了G1GC。中国的软件开发行业已经有几十年了，从目前的行业发展来看，单纯的软件公司很难有发展，目前流行的云计算、物联网企业实际上是综合性IT技术的整合，这J需要有综合能力的程序员。《深入理解JVM＆G1GC》作者力求做到知识的综合传播，而不是仅仅针对Java虚拟机和GC调优进行讲解，也力求每一章节都有实际的案例支撑。《深入理解JVM＆G1GC》具体包括以下几方面：JVM基础知识、GC基础知识、G1GC的深入介绍、G1GC调优建议、JDK自带工具使用介绍等。 　　通读《深入理解JVM＆G1GC》后，读者可以深入了解G1GC性能调优的许多主题及相关的综合性知识。读者也可以把《深入理解JVM＆G1GC》作为参考，对于感兴趣的主题，直接跳到相应章节寻找答案。

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目录
目　　录 序 VII 前言 IX D1章　JVM ＆ GC基础知识 1 1.1　引言 2 1.2　基本术语 3 1.2.1　Java相关术语 4 1.2.2　JVM/GC通用术语 24 1.2.3　G1涉及术语 56 1.3　本章小结 62 D2章　JVM ＆ GC深入知识 63 2.1　Java虚拟机内存模型 64 2.1.1　程序计数器 65目　　录

序 VII
前言 IX
D1章　JVM ＆ GC基础知识 1
1.1　引言 2
1.2　基本术语 3
1.2.1　Java相关术语 4
1.2.2　JVM/GC通用术语 24
1.2.3　G1涉及术语 56
1.3　本章小结 62
D2章　JVM ＆ GC深入知识 63
2.1　Java虚拟机内存模型 64
2.1.1　程序计数器 65
2.1.2　虚拟机栈 66
2.1.3　本地方法栈 72
2.1.4　Java堆 73
2.1.5　方法区 79
2.2　垃圾收集算法 82
2.2.1　引用计数法 82
2.2.2　根搜索算法 83
2.2.3　标记-清除算法（Mark-Sweep） 85
2.2.4　复制算法（Copying） 87
2.2.5　标记-压缩算法（Mark-Compact） 89
2.2.6　增量算法（Incremental Collecting） 90
2.2.7　分代收集算法（Generational Collecting） 91
2.3　Garbage Collection 92
2.3.1　GC概念 92
2.3.2　垃圾收集器分类 93
2.3.3　Serial收集器 94
2.3.4　ParNew收集器 96
2.3.5　Parallel收集器 99
2.3.6　CMS收集器 102
2.3.7　Garbage First（G1）GC 106
2.4　常见问题解析 112
2.4.1　jmap -heap或-histo不能用 112
2.4.2　YGC越来越慢 112
2.4.3　JavaYJ代去哪儿了 114
2.5　本章小结 116
D3章　G1 GC应用示例 117
3.1　范例程序 118
3.2　选项解释及应用 124
3.3　本章小结 166
D4章　深入G1 GC 167
4.1　G1 GC概念简述 168
4.1.1　背景知识 168
4.1.2　G1的垃圾回收机制 169
4.1.3　G1的区间设计灵感 169
4.2　G1 GC分代管理 172
4.2.1　年轻代 172
4.2.2　年轻代回收暂停 173
4.2.3　大对象区间 174
4.2.4　混合回收暂停 176
4.2.5　回收集合及其重要性 178
4.2.6　RSet及其重要性 178
4.2.7　并行标记循环 182
4.2.8　评估失败和WQ回收 186
4.3　G1 GC使用场景 186
4.4　G1 GC论文原文翻译（部分） 187
4.4.1　开题 187
4.4.2　数据结构/机制 188
4.4.3　未来展望 190
4.5　本章小结 191
D5章　G1 GC性能优化方案 192
5.1　G1的年轻代回收 193
5.2　年轻代优化 203
5.3　并行标记阶段优化 205
5.4　混合回收阶段 207
5.4.1　初步介绍 207
5.4.2　深入介绍 208
5.5　如何避免出现GC失败 210
5.6　引用处理 211
5.6.1　观察引用处理 212
5.6.2　引用处理优化 213
5.7　本章小结 214
D6章　JVM诊断工具使用介绍 215
6.1　SA基础介绍 216
6.2　SA工具使用实践 217
6.2.1　如何启动SA 217
6.2.2　SA原理及使用介绍 222
6.3　其他工具介绍 231
6.3.1　GCHisto 231
6.3.2　JConsole 232
6.3.3　VisualVM 236
6.4　本章小结 238 显示全部信息

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　　2.2.1　引用计数法 　　引用计数法（Reference Counting）在GC执行垃圾回收之前，1先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有被标记为已经死亡的对象，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间，因此这个过程我们可以称为垃圾标记阶段。 　　引用计数器的实现很简单，对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器J加1，D引用失效时，引用计数器J减1。只要对象A的引用计数器的值为0，则对象AJ不可能再被使用。也J是说，引用计数器的实现只需要为每个对象配置一个整形的计数器即可。引用计数器算法的一大优势J是不用等待内存不够用的时候，才进行垃圾的回收，WQ可以在赋值操作的同时检查计数器是否为0，如果是的话J可以立即回收。 　　但是引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。一个简单的循环引用问题的描述如下：有对象A和对象B，对象A中含有对象B的引用，对象B中含有对象A的引用。此时，对象A和对象B的引用计数器都不为0，但是在系统中却不存在任何D3个对象引用了A或B。也J是说，A和B是应该被回收的垃圾对象，但由于垃圾对象间相互引用，从而使垃圾回收器无法识别，引起内存泄漏。 　　如图2-6所示，构造了一个列表，将Z后一个元素的next属性指向D一个元素，即引用D一个元素，从而构成循环引用。这个时候如果将列表的头head赋值为null，此时列表的各个元素的计数器都不为0，同时也失去了对列表的引用控制，从而导致列表元素不能被回收。 　　引用计数器拥有一些特性，1先它需要单D的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。其次，每次赋值都需要更新计数器，这增加了时间开销。再者，垃圾对象便于辨识，只要计数器为0，J可作为垃圾回收。接下来它能方便及时地回收垃圾，没有延迟性。Z后不能解决循环引用的问题。正是由于Z后一条致命缺陷，导致在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

　　2.2.1　引用计数法

 

　　引用计数法（Reference Counting）在GC执行垃圾回收之前，1先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有被标记为已经死亡的对象，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间，因此这个过程我们可以称为垃圾标记阶段。

 

　　引用计数器的实现很简单，对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器J加1，D引用失效时，引用计数器J减1。只要对象A的引用计数器的值为0，则对象AJ不可能再被使用。也J是说，引用计数器的实现只需要为每个对象配置一个整形的计数器即可。引用计数器算法的一大优势J是不用等待内存不够用的时候，才进行垃圾的回收，WQ可以在赋值操作的同时检查计数器是否为0，如果是的话J可以立即回收。

 

　　但是引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。一个简单的循环引用问题的描述如下：有对象A和对象B，对象A中含有对象B的引用，对象B中含有对象A的引用。此时，对象A和对象B的引用计数器都不为0，但是在系统中却不存在任何D3个对象引用了A或B。也J是说，A和B是应该被回收的垃圾对象，但由于垃圾对象间相互引用，从而使垃圾回收器无法识别，引起内存泄漏。

 

　　如图2-6所示，构造了一个列表，将Z后一个元素的next属性指向D一个元素，即引用D一个元素，从而构成循环引用。这个时候如果将列表的头head赋值为null，此时列表的各个元素的计数器都不为0，同时也失去了对列表的引用控制，从而导致列表元素不能被回收。

 

　　引用计数器拥有一些特性，1先它需要单D的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。其次，每次赋值都需要更新计数器，这增加了时间开销。再者，垃圾对象便于辨识，只要计数器为0，J可作为垃圾回收。接下来它能方便及时地回收垃圾，没有延迟性。Z后不能解决循环引用的问题。正是由于Z后一条致命缺陷，导致在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

 

　　2.2.2　根搜索算法

 

　　HotSpot和大部分JVM都是使用根搜索算法作为垃圾标记的算法实现。前面介绍过的引用计数算法尽管实现简单，执行效率也不错，但是该算法本身却存在一个较大的弊端，甚至会影响到垃圾标记的准确性。由于引用计数算法会为程序中的每一个对象都创建一个私有的引用计数器，D目标对象被其他存活对象引用时，引用计数器中的值则会加1，不再引用时便会减1，D引用计数器中的值为0的时候，J意味着该对象已经不再被任何存活对象引用，可以被标记为垃圾对象。采用这种方式看起来似乎没有任何问题，但是如果一些明显已经死亡了的对象尽管没有被任何的存活对象引用，但是它们彼此之间却存在相互引用时，引用计数器中的值则永远不会为0，这样便会导致GC在执行内存回收时永远无法释放掉这种无用对象所占用的内存空间，J有可能引发内存泄漏。

 

　　相对于引用计数算法而言，根搜索算法不仅同样具备实现简单和执行高效等特点，更重要的是该算法可以有效地解决在引用计数算法中一些已经死亡的对象因相互引用而导致的无法正确被标记的问题，防止内存泄漏的发生。简单来说，根搜索算法是以根对象集合为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达（使用根搜索算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着），如果目标对象不可达，J意味着该对象已经死亡，便可以在instanceOopDesc[ HotSpot在C 代码中用instanceOopDesc类来表示Java对象，而该类继承oopDesc，所以HotSpot中的Java对象也自然拥有oopDesc所声明的头部。]的Mark World中将其标记为垃圾对象。在根搜索算法中，只有能够被根对象集合直接或者间接连接的对象才是存活对象。在HotSpot中，根对象集合中包含了5个元素，Java栈内的对象引用、本地方法栈内的对象引用、运行时常量池中的对象引用、方法区中类静态属性的对象引用以及与一个类对应的W一数据类型的Class对象。

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《JVM与垃圾回收：内存管理深度解析》 一、引言：数字世界的基石与性能瓶颈 在当今信息化浪潮席卷的时代，软件系统已成为支撑社会运行的数字基石。从宏观的互联网服务到微观的嵌入式设备，都离不开高效、稳定的运行环境。而Java虚拟机（JVM）作为Java语言的核心运行时环境，其性能和稳定性直接关系到无数应用的生死存亡。在JVM的运行过程中，内存管理，特别是垃圾回收（Garbage Collection, GC），扮演着至关重要的角色。一个高效的垃圾回收器能够显著提升程序的响应速度，降低资源消耗，避免内存溢出等灾难性问题。然而，垃圾回收的复杂性也常常成为开发者理解和优化的难点。 本书《JVM与垃圾回收：内存管理深度解析》旨在为读者提供一个全面、深入、系统化的视角，去理解JVM的内存工作原理，并精通各种垃圾回收算法的原理、特性、适用场景以及调优策略。我们不仅会剖析JVM内存结构的每一个细节，还会深入探讨现代垃圾回收器如何巧妙地在性能、吞吐量和内存占用之间取得平衡，最终帮助开发者从容应对内存管理带来的挑战，构建更加健壮、高效的Java应用程序。 二、JVM内存模型：程序的生存土壤 要深入理解垃圾回收，首先必须对JVM的内存模型有一个清晰的认识。JVM将内存划分为若干个区域，每个区域都有其特定的功能和生命周期。本书将逐一剖析这些区域： 1. 堆（Heap）：这是JVM中唯一一个所有线程共享的内存区域。所有通过`new`关键字创建的对象都存储在堆中。堆是垃圾回收的主要战场，其内存大小可以通过`-Xmx`（最大堆大小）和`-Xms`（初始堆大小）等参数进行配置。我们将详细讲解堆的细分区域： 新生代（Young Generation）：新创建的对象首先进入新生代。新生代又被进一步划分为： Eden空间（Eden Space）：大多数新对象在此分配。 幸存者空间（Survivor Spaces, S0和S1）：新生代进行垃圾回收（Minor GC）时，存活的对象会被移动到幸存者空间。我们将讲解“复制算法”在新生代中的具体实现，以及对象在幸存者空间中的“年龄”增长机制。 老年代（Old Generation / Tenured Generation）：经过多次Minor GC仍然存活的对象会被晋升到老年代。老年代的垃圾回收（Major GC/Full GC）频率较低，但一旦发生，开销通常较大。我们将探讨对象晋升到老年代的条件（如“MaxTenuringThreshold”参数）。 元空间（Metaspace）：在Java 8之前，这部分内存被称为永久代（PermGen）。元空间主要用于存储类信息、方法信息、常量池等。与永久代不同，元空间不占用JVM堆内存，而是直接在本地内存分配，并受`-XX:MaxMetaspaceSize`参数限制。我们将讲解类加载、卸载以及元空间溢出的原因和解决办法。 2. 栈（Stack）：每个线程拥有独立的栈，栈内存用于存储局部变量、操作数栈、方法调用信息等。栈内存采用“栈帧（Stack Frame）”的结构，每个方法调用都会创建一个新的栈帧。我们将讲解栈的“先进后出”特性，以及栈溢出（StackOverflowError）的根源。 3. 程序计数器（Program Counter Register）：这是一个非常小的内存空间，用于记录当前线程正在执行的Java虚拟机指令的地址。它在任何时刻，一个线程只有一个字节大小的地址指示器。 4. 本地方法栈（Native Method Stacks）：与JVM栈类似，本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。这里可能包含操作系统直接调用的方法。 5. 方法区（Method Area）：用于存储类信息、常量、静态变量等。在Java 8之后，永久代被移除，其功能被元空间（Metaspace）取代。我们将详细说明方法区存储的内容，以及静态变量的生命周期与垃圾回收的关系。 三、垃圾回收：对象的归宿与内存的重生 垃圾回收是JVM自动管理内存的关键机制。其核心思想是识别出程序中不再使用的对象，并释放其占用的内存空间。本书将深入剖析垃圾回收的原理和各类算法： 1. 垃圾判定算法： 引用计数法（Reference Counting）：虽然在Java中不是主流，但理解其基本原理有助于理解GC。我们将讲解引用计数法的优缺点，以及它在某些场景下（如循环引用）面临的挑战。 可达性分析算法（Reachability Analysis）：这是JVM垃圾回收的主要判定方法。我们将详细讲解“GC Roots”的概念，包括虚拟机栈中的引用、方法区中类静态属性引用、方法区常量池中的引用等。通过追踪GC Roots到可达对象，来判断对象是否是垃圾。我们将讲解对象在GC Roots不可达后，经历的“GC Root Tracing”过程。 2. 垃圾回收算法： 标记-清除算法（Mark-Sweep）：这是最基础的GC算法。我们将讲解其“标记”和“清除”两个阶段，并分析其存在的“内存碎片”问题，以及这可能导致的性能下降。 标记-复制算法（Mark-Compact）：为了解决标记-清除算法的碎片问题，复制算法应运而生。我们将讲解它如何将存活的对象复制到新的区域，从而实现内存的整理。同时，我们也将分析其“空间浪费”的问题，并讲解它如何应用于新生代。 标记-整理算法（Mark-Sweep-Compact）：这是标记-清除算法的改进。在标记-清除后，会进行一次“整理”步骤，将存活的对象往一端移动，消除碎片。我们将讲解它如何结合前两种算法的优点。 3. 主流垃圾回收器：现代JVM提供了多种垃圾回收器，各有侧重。本书将重点解析以下几种： Serial/Serial Old：这是最简单的单线程GC，适用于单个CPU的环境，停顿时间较长。我们将讲解它的工作原理，以及何时会使用它。 ParNew：Serial收集器的多线程版本，能够显著提高GC效率，但依然以“Stop-the-World”为代价。我们将分析它与Serial GC的区别，以及它在新生代中的应用。 Parallel Scavenge：一个吞吐量优先的GC，适用于需要高吞吐量，对响应时间要求不那么苛刻的应用。我们将深入理解其“吞吐量”和“最大垃圾收集停顿时间”等目标。 CMS（Concurrent Mark Sweep）：一种以最短停顿时间为目标的GC，它尽量在用户线程运行的同时进行垃圾回收。我们将详细讲解CMS的几个阶段，如“初始标记”、“并发标记”、“重新标记”和“并发清除”，并分析其在并发执行中可能遇到的问题，如“并发标记失败”和“老年代空间不足”。 G1 GC（Garbage-First）：目前Oracle JDK中默认的垃圾回收器。G1 GC将堆划分为若干个大小相等的区域（Region），能够根据设定的停顿时间目标，优先回收价值最高（即垃圾最多的）的区域。我们将深入剖析G1 GC的设计理念、Region的划分、垃圾回收的步骤（如“Young GC”、“Mixed GC”），以及它是如何实现“可预测的停顿时间”的。我们将重点讲解G1 GC的“Humongous Regions”概念，以及它在处理大对象时的策略。 ZGC 和 Shenandoah GC：这些是低延迟、高并发的新一代垃圾回收器。我们将简要介绍它们的设计思想，以及它们如何进一步减少GC停顿时间，以满足对实时性要求极高的应用场景。 四、垃圾回收的性能调优：让内存管理如虎添翼 理解了JVM内存模型和垃圾回收的原理之后，如何根据实际应用场景进行性能调优就显得尤为重要。本书将提供一系列实用的调优策略和方法： 1. GC日志分析：GC日志是理解GC行为、发现性能问题的关键线索。我们将指导读者如何开启GC日志，并解读GC日志中的各项指标，如GC类型、发生时间、持续时间、内存占用变化等。 2. JVM参数调优：通过`-Xms`、`-Xmx`、`-XX:NewRatio`、`-XX:SurvivorRatio`、`-XX:MaxTenuringThreshold`等参数，可以精细地控制JVM的内存分配和GC行为。我们将讲解不同参数的作用，以及如何根据应用特点进行组合配置。 3. 选择合适的GC器：根据应用对吞吐量、响应时间、内存占用的不同需求，选择最适合的GC器。我们将提供选择GC器的决策框架。 4. 对象生命周期管理：理解对象的生命周期，避免不必要的对象创建，以及及时释放不再使用的对象引用，是减少GC压力的根本方法。我们将讲解如何通过代码层面优化来提升内存利用率。 5. 内存泄露的诊断与排查：内存泄露是导致系统性能急剧下降甚至崩溃的元凶。本书将介绍如何使用MAT（Memory Analyzer Tool）、VisualVM等工具来分析堆转储（Heap Dump）文件，定位内存泄露的根源。 五、总结：面向未来的内存管理 在快速发展的技术浪潮中，JVM和垃圾回收技术也在不断演进。本书《JVM与垃圾回收：内存管理深度解析》不仅是对现有成熟技术的深入讲解，更是对未来内存管理趋势的展望。通过掌握本书的内容，读者将能够： 深刻理解JVM内存模型的运作机制，从而在代码编写和系统设计时，做到心中有数。 精通各类垃圾回收算法的原理，能够辨析不同GC算法的优劣。 熟练掌握主流GC器的配置与调优，能够针对实际问题，制定有效的GC调优方案。 有效诊断和解决内存相关的问题，包括内存泄露和性能瓶颈。 为构建高性能、高可用性的Java应用程序奠定坚实的基础。 无论是初涉Java开发的开发者，还是经验丰富的架构师，都将从本书中获益匪浅。让我们一起深入JVM的灵魂，掌控内存的脉搏，为构建卓越的数字世界贡献力量！