聊聊JVM分代模型：年轻代、老年代、永久代

2023-09-24 22:54:39

JVM内存的一个分代模型：年轻代、老年代、永久代。

注：在1.8以后，永久代被移除，转而用元空间代替。这里主要是介绍一下概念。

1. 背景引入

大家现在应该都知道一点，那就是我们在代码里创建的对象，都会进入到Java堆内存中，比如下面的代码：

 1 package com.test.day11;
 2 
 3 public class TestJvm {
 4     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 5         while (true) {
 6             getString();
 7             Thread.sleep(1000);
 8         }
 9     }
10     private static void getString(){
11         String string = new String("hello world");
12         System.out.println(string);
13     }
14 }

这段代码，在main()方法里，会周期新的执行getString()方法，加载副本数据。

首先一旦执行main()方法，那么就会把main()方法的栈帧压入main线程的Java虚拟机栈如下图。

然后每次在while循环里，调用getString()方法，就会把getString()方法的栈帧压入自己的 Java虚拟机栈。

接着在执行getString()方法的时候，会在Java堆内存里会创建一个String对象实例而且getString()方法的栈帧里会有“string”局部变量去引用Java堆内存里的 String对象实例。

2. 大部分对象都是存活周期极短的

现在有一个问题，在上面代码中，那个String对象，实际上属于短暂存活的这么一个对象

大家可以观察一下，在getString()方法中创建这个对象，然后执行String对象的load()方法，然后执行完毕之后，getString()方法就会结束。

一旦方法结束，那么getString()方法的栈帧就会出栈，如下图。

然后接着上篇文章已经说过，此时一旦没人引用这个String对象了，就会被JVM的垃圾回收线程给回收掉，释放内存空间，如下图。

然后在main()方法的while循环里，下一次循环再次执行getString()方法的时候，又会走一遍上面那个过程，把 getString()方法的栈帧压入Java虚拟机栈，然后构造一个String实例对象放在Java堆里。

一旦执行完String对象的load()方法之后，getString()方法又会结束，再次出栈，然后垃圾回收释放掉Java堆内存里的String对象。

所以其实这个String对象，在上面的代码中，是一个存活周期极为短暂的对象。

可能每次执行getString()方法的时候，被创建出来，然后执行他的load()方法，接着可能1毫秒之后，就被垃圾回收掉了。

所以从这段代码就可以明显看出来，大部分在我们代码里创建的对象，其实都是存活周期很短的。这种对象，其实在我们写的Java代码中，占到绝大部分的比例

3. 少数对象是长期存活的

但是我们来看另外一段代码，假如说咱们用下面的这种方式来实现同样的功能：

 1 package com.test.day11;
 2 
 3 public class TestJvm {
 4     private static String string = new String("hello world");
 5     
 6     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 7         while (true) {
 8             getString();
 9             Thread.sleep(1000);
10         }
11     }
12     private static void getString(){
13         System.out.println(string);
14     }
15 }

上面那段代码的意思，就是给TestJvm这个类定义一个静态变量，也就是“String”，这个TestJvm类是在JVM的方法区里的。

然后让“String”引用了一个在Java堆内存里创建的String实例对象，如下图。

接着在main()方法中，就会在一个while循环里，不停的调用println()方法，做成一个周期性运行的模式。

这个时候，我们就要来思考一下，这个String实例对象，他是会一直被TestJvm的静态变量引用的，然后会一直驻留在Java堆内存里，是不会被垃圾回收掉的。

因为这个实例对象他需要长期被使用，周期性的被调用load()方法，所以他就成为了一个长时间存在的对象。

那么类似这种被类的静态变量长期引用的对象，他需要长期停留在Java堆内存里，这这种对象就是生存周期很长的对象，他是轻易不会被垃圾回收的，他需要长期存在，不停的去使用他。

4. JVM分代模型：年轻代和老年代

现在大家已经看到，其实根据你写代码方式的不同，采用不同的方式来创建和使用对象，其实对象的生存周期是不同的。

所以JVM将Java堆内存划分为了两个区域，一个是年轻代，一个是老年代。

其中年轻代，顾名思义，就是把第一种代码示例中的那种，创建和使用完之后立马就要回收的对象放在里面

然后老年代呢，就是把第二种代码示例中的那种，创建之后需要一直长期存在的对象放在里面，大家看下图：

代码改造如下：

 1 package com.test.day11;
 2 
 3 import java.util.HashMap;
 4 import java.util.Map;
 5 
 6 public class TestJvm {
 7     private static Map<String, String> mp = new HashMap<>();
 8 
 9     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
10         getString();
11         while (true) {
12             printMap();
13             Thread.sleep(1000);
14         }
15     }
16 
17     private static void getString() {
18         String string = new String("hello world");
19         System.out.println(string);
20     }
21 
22     private static void printMap() {
23         System.out.println(mp.size());
24     }
25 }

上面那段代码稍微复杂了点，解释一下 TestJvm的静态变量“mp”引用了HashMap对象，这是长期需要驻留在内存里使用的。

这个对象会在年轻代里停留一会儿，但是最终会进入老年代，大家看下图。

进入main() 方法之后，会先调用getString0方法，业务含义是系统启动就从磁盘加载一次副本数据，这个方法的栈帧会入栈

然后在这个方法里面创建了一个String对象，这个对象他是用完就会回收，所以是会放在年轻代里的，由栈帧里的局部变量来引用

此时对应着下图：

然后一旦getString()方法执行完毕了，方法的栈帧就会出栈，对应的年轻代里的String对象也会被回收掉，如下图：

但是接着会执行一段while循环代码，他会周期性的调用Replicaprinter的print()方法，去从远程加载副本数据。

所以HashMap这个对象因为被TestJvm类的静态变量mp给引用了，所以他会长期存在于老年代里的，持续被使用。

5、为什么要分成年轻代和老年代？

因为这跟垃圾回收有关，
对于年轻代里的对象，他们的特点是创建之后很快就会被回收，所以需要用一种垃圾回收算法。
对于老年代里的对象，他们的特点是需要长期存在，所以需要另外一种垃圾回收算法。
所以需要分成两个区域来放不同的对象

6、什么是永久代？

很简单，JVM里的永久代其实就是之前说的方法区。

上面那个图里的方法区，其实就是所谓的永久代，你可以认为永久代就是放一些类信息的。

方法区内会不会进行垃圾回收？

在以下几种情况下，方法区里的类会被回收。

首先该类的所有实例对象都已经从Java堆内存里被回收
其次加载这个类的ClassLoader已经被回收
最后，对该类的Class对象没有任何引用满足上面三个条件就可以回收该类了。

码农公寓