聊聊 JVM 分代模型：年輕代、老年代、永久代

目錄：

1. 背景引入

2. 大部分對(duì)象其實(shí)存活周期極短

3. 少數(shù)對(duì)象是長(zhǎng)期存活的

4. JVM分代模型：年輕代和老年代

5. 為什么要分成年輕代和老年代？

6. 什么是永久代？

7. 上周思考題解答

8. 今日思考題

1、背景引入

今天開(kāi)始，咱們進(jìn)入第二周的內(nèi)容，這一周會(huì)重點(diǎn)關(guān)注JVM內(nèi)存劃分的一些細(xì)節(jié)。

我會(huì)幫助大家更加深入的去理解JVM內(nèi)存劃分的原理細(xì)節(jié)，以及我們創(chuàng)建的那些對(duì)象在JVM中到底是如何分配，如何流動(dòng)的，這對(duì)于大家理解JVM原理有更深一層的幫助。

首先這篇文章作為本周的一個(gè)開(kāi)篇，我們來(lái)給大家介紹一下JVM內(nèi)存的一個(gè)分代模型：年輕代、老年代、永久代。

大家現(xiàn)在應(yīng)該都知道一點(diǎn)，那就是我們?cè)诖a里創(chuàng)建的對(duì)象，都會(huì)進(jìn)入到Java堆內(nèi)存中，比如下面的代碼：

這段代碼，我們稍微做了點(diǎn)改動(dòng)，在main()方法里，會(huì)周期新的執(zhí)行loadReplicasFromDisk()方法，加載副本數(shù)據(jù)。

首先一旦執(zhí)行main()方法，那么就會(huì)把main()方法的棧幀壓入main線程的Java虛擬機(jī)棧

如下圖。

然后每次在while循環(huán)里，調(diào)用loadReplicasFromDisk()方法，就會(huì)把loadReplicasFromDisk()方法的棧幀壓入自己的Java虛擬機(jī)棧

如下圖。

接著在執(zhí)行l(wèi)oadReplicasFromDisk()方法的時(shí)候，會(huì)在Java堆內(nèi)存里會(huì)創(chuàng)建一個(gè)ReplicaManager對(duì)象實(shí)例

而且loadReplicasFromDisk()方法的棧幀里會(huì)有“replicaManager”局部變量去引用Java堆內(nèi)存里的ReplicaManager對(duì)象實(shí)例

如下圖：

然后就會(huì)執(zhí)行ReplicaManager對(duì)象的load()方法。

2、大部分對(duì)象都是存活周期極短的

現(xiàn)在有一個(gè)問(wèn)題，在上面代碼中，那個(gè)ReplicaManager對(duì)象，實(shí)際上屬于短暫存活的這么一個(gè)對(duì)象

大家可以觀察一下，在loadReplicasFromDisk()方法中創(chuàng)建這個(gè)對(duì)象，然后執(zhí)行ReplicaManager對(duì)象的load()方法，然后執(zhí)行完畢之后，loadReplicasFromDisk()方法就會(huì)結(jié)束。

一旦方法結(jié)束，那么loadReplicasFromDisk()方法的棧幀就會(huì)出棧，如下圖。

然后接著上篇文章已經(jīng)說(shuō)過(guò)，此時(shí)一旦沒(méi)人引用這個(gè)ReplicaManager對(duì)象了，就會(huì)被JVM的垃圾回收線程給回收掉，釋放內(nèi)存空間，如下圖。

然后在main()方法的while循環(huán)里，下一次循環(huán)再次執(zhí)行loadReplicasFromDisk()方法的時(shí)候，又會(huì)走一遍上面那個(gè)過(guò)程，把loadReplicasFromDisk()方法的棧幀壓入Java虛擬機(jī)棧，然后構(gòu)造一個(gè)ReplicaManager實(shí)例對(duì)象放在Java堆里。

一旦執(zhí)行完ReplicaManager對(duì)象的load()方法之后，loadReplicasFromDisk()方法又會(huì)結(jié)束，再次出棧，然后垃圾回收釋放掉Java堆內(nèi)存里的ReplicaManager對(duì)象。

所以其實(shí)這個(gè)ReplicaManager對(duì)象，在上面的代碼中，是一個(gè)存活周期極為短暫的對(duì)象

可能每次執(zhí)行l(wèi)oadReplicasFromDisk()方法的時(shí)候，被創(chuàng)建出來(lái)，然后執(zhí)行他的load()方法，接著可能1毫秒之后，就被垃圾回收掉了。

所以從這段代碼就可以明顯看出來(lái)，大部分在我們代碼里創(chuàng)建的對(duì)象，其實(shí)都是存活周期很短的。這種對(duì)象，其實(shí)在我們寫(xiě)的Java代碼中，占到絕大部分的比例。

3、少數(shù)對(duì)象是長(zhǎng)期存活的

但是我們來(lái)看另外一段代碼，假如說(shuō)咱們用下面的這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的功能：

上面那段代碼的意思，就是給Kafka這個(gè)類(lèi)定義一個(gè)靜態(tài)變量，也就是“replicaManager”，這個(gè)Kafka類(lèi)是在JVM的方法區(qū)里的

然后讓“replicaManager”引用了一個(gè)在Java堆內(nèi)存里創(chuàng)建的ReplicaManager實(shí)例對(duì)象，如下圖。

接著在main()方法中，就會(huì)在一個(gè)while循環(huán)里，不停的調(diào)用ReplicaManager對(duì)象的load()方法，做成一個(gè)周期性運(yùn)行的模式。

這個(gè)時(shí)候，我們就要來(lái)思考一下，這個(gè)ReplicaManager實(shí)例對(duì)象，他是會(huì)一直被Kafka的靜態(tài)變量引用的，然后會(huì)一直駐留在Java堆內(nèi)存里，是不會(huì)被垃圾回收掉的。

因?yàn)檫@個(gè)實(shí)例對(duì)象他需要長(zhǎng)期被使用，周期新的被調(diào)用load()方法，所以他就成為了一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間存在的對(duì)象。

那么類(lèi)似這種被類(lèi)的靜態(tài)變量長(zhǎng)期引用的對(duì)象，他需要長(zhǎng)期停留在Java堆內(nèi)存里，這這種對(duì)象就是生存周期很長(zhǎng)的對(duì)象，他是輕易不會(huì)被垃圾回收的，他需要長(zhǎng)期存在，不停的去使用他。

4、JVM分代模型：年輕代和老年代

接下來(lái)就要進(jìn)入今天的核心主題了，就是JVM的分代模型，年輕代和老年代。

現(xiàn)在大家已經(jīng)看到，其實(shí)根據(jù)你寫(xiě)代碼方式的不同，采用不同的方式來(lái)創(chuàng)建和使用對(duì)象，其實(shí)對(duì)象的生存周期是不同的。

所以JVM將Java堆內(nèi)存劃分為了兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)是年輕代，一個(gè)是老年代。

其中年輕代，顧名思義，就是把第一種代碼示例中的那種，創(chuàng)建和使用完之后立馬就要回收的對(duì)象放在里面

然后老年代呢，就是把第二種代碼示例中的那種，創(chuàng)建之后需要一直長(zhǎng)期存在的對(duì)象放在里面，大家看下圖：

比如下面的代碼，我們?cè)俅蝸?lái)改造一下，再結(jié)合圖，大家會(huì)看的更加的明確一些。

上面那段代碼稍微復(fù)雜了點(diǎn)，我們解釋一下

Kafka的靜態(tài)變量“fetcher”引用了ReplicaFetcher對(duì)象，這是長(zhǎng)期需要駐留在內(nèi)存里使用的

這個(gè)對(duì)象會(huì)在年輕代里停留一會(huì)兒，但是最終會(huì)進(jìn)入老年代，大家看下圖。

進(jìn)入main()方法之后，會(huì)先調(diào)用loadReplicasFromDisk()方法，業(yè)務(wù)含義是系統(tǒng)啟動(dòng)就從磁盤(pán)加載一次副本數(shù)據(jù)，這個(gè)方法的棧幀會(huì)入棧

然后在這個(gè)方法里面創(chuàng)建了一個(gè)ReplicaManager對(duì)象，這個(gè)對(duì)象他是用完就會(huì)回收，所以是會(huì)放在年輕代里的，由棧幀里的局部變量來(lái)引用

此時(shí)對(duì)應(yīng)著下圖：

然后一旦loadReplicasFromDisk()方法執(zhí)行完畢了，方法的棧幀就會(huì)出棧，對(duì)應(yīng)的年輕代里的ReplicaManager對(duì)象也會(huì)被回收掉，如下圖：

但是接著會(huì)執(zhí)行一段while循環(huán)代碼，他會(huì)周期性的調(diào)用ReplicaFetcher的fetch()方法，去從遠(yuǎn)程加載副本數(shù)據(jù)。

所以ReplicaFetcher這個(gè)對(duì)象因?yàn)楸籏afka類(lèi)的靜態(tài)變量fetcher給引用了，所以他會(huì)長(zhǎng)期存在于老年代里的，持續(xù)被使用。

5、為什么要分成年輕代和老年代？

相信看完這篇文章，大家就一定看明白了，什么樣的對(duì)象是短期存活的對(duì)象，什么樣的對(duì)象是長(zhǎng)期存在的對(duì)象，然后如何分別存在于年輕代和老年代里。

那么為什么需要這么區(qū)分呢？

因?yàn)檫@跟垃圾回收有關(guān)，對(duì)于年輕代里的對(duì)象，他們的特點(diǎn)是創(chuàng)建之后很快就會(huì)被回收，所以需要用一種垃圾回收算法

對(duì)于老年代里的對(duì)象，他們的特點(diǎn)是需要長(zhǎng)期存在，所以需要另外一種垃圾回收算法，所以需要分成兩個(gè)區(qū)域來(lái)放不同的對(duì)象。

很多人又會(huì)問(wèn)了，你不是說(shuō)“ReplicaFetcher”這個(gè)長(zhǎng)期存在的對(duì)象，剛開(kāi)始也在年輕代，后來(lái)才會(huì)進(jìn)入老年代么？那他到底什么時(shí)候進(jìn)入老年代？

別急，明天的文章就會(huì)分析這塊。

然后還有人還會(huì)問(wèn)了，那么年輕代和老年代分別怎么進(jìn)行垃圾回收呢？

別急，下周的文章會(huì)主要分析垃圾回收這塊的原理。這周我們主要關(guān)注JVM的內(nèi)存劃分的細(xì)節(jié)，搞明白對(duì)象是如何在不同的內(nèi)存區(qū)域里分配的就可以了，學(xué)習(xí)要循序漸進(jìn)。

6、什么是永久代？

很簡(jiǎn)單，JVM里的永久代其實(shí)就是我們之前說(shuō)的方法區(qū)

上面那個(gè)圖里的方法區(qū)，其實(shí)就是所謂的永久代，你可以認(rèn)為永久代就是放一些類(lèi)信息的。

這個(gè)話題現(xiàn)在不用過(guò)多考慮，后續(xù)涉及到的時(shí)候，我們會(huì)講到的。

7、上周思考題解答

上周留了一個(gè)思考題，讓大家思考方法區(qū)內(nèi)會(huì)不會(huì)進(jìn)行垃圾回收

其實(shí)有同學(xué)都回答了，非常的好，在以下幾種情況下，方法區(qū)里的類(lèi)會(huì)被回收。

• 首先該類(lèi)的所有實(shí)例對(duì)象都已經(jīng)從Java堆內(nèi)存里被回收

• 其次加載這個(gè)類(lèi)的ClassLoader已經(jīng)被回收

• 最后，對(duì)該類(lèi)的Class對(duì)象沒(méi)有任何引用

滿足上面三個(gè)條件就可以回收該類(lèi)了。

8、今日思考題

給大家出一個(gè)腦筋急轉(zhuǎn)彎，出題思路有點(diǎn)偏：每個(gè)線程都有Java虛擬機(jī)棧，里面也有方法的局部變量等數(shù)據(jù)，這個(gè)Java虛擬機(jī)棧需要進(jìn)行垃圾回收嗎？為什么？

End

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