JVM 메모리 영역 분할 및 가비지 수집 메커니즘에 대한 자세한 설명

우리가 Java 코드를 작성할 때 대부분의 경우 New 객체가 릴리스되는지 여부와 시기를 신경 쓸 필요가 없습니다. JVM에는 자동 가비지 수집 메커니즘이 있기 때문입니다. 이전 블로그에서 Objective-C의 MRC(수동 참조 카운팅)과 ARC(자동 참조 카운팅)의 메모리 관리 방법에 대해 이야기했는데, 이에 대해서는 아래에서 검토하겠습니다. 현재 JVM 메모리 재활용 메커니즘은 참조 카운팅을 사용하지 않고 주로 "복사 재활용" 및 "적응 재활용"을 사용합니다.

물론 위의 두 가지 알고리즘 외에도 다른 알고리즘도 있는데, 이에 대해서도 아래에서 소개하겠습니다. 이번 블로그에서는 먼저 JVM의 지역 구분에 대해 간략하게 설명하고, 이를 바탕으로 JVM의 가비지 수집 메커니즘을 소개하겠습니다.

1. JVM 메모리 영역 분할에 대한 간략한 설명

물론 이 부분에서는 JVM 메모리 영역 분할에 대해 간략하게 설명하여 아래의 가비지 수집 메커니즘을 확장할 수 있는 길을 열어줍니다. 물론 인터넷에는 JVM 메모리 영역 분할에 대한 자세한 정보가 많이 있으므로 직접 Google에서 검색해 보세요.

JVM 메모리 영역 구분을 기준으로 간단히 아래와 같이 다이어그램을 그렸습니다. 영역은 크게 두 개의 블록으로 나뉘는데, 그 중 하나가 Heap입니다. 우리가 생성하는 객체는 힙 영역에 할당됩니다. C 언어의 malloc 할당 방법은 힙 영역에서 가져옵니다. 가비지 컬렉터는 주로 힙 영역의 메모리를 재활용합니다.

또 다른 부분은 비힙 영역입니다. 비힙 영역은 주로 로컬 코드를 컴파일하고 저장하는 데 사용되는 "코드 캐시 영역(Code Cache)"과 "영원한 생성()"을 포함합니다. Perm Gen)", "Java Virtual Machine Stack(JVM Stack)", "Local Method Stack(Local Method Stack)"은 JVM 자체의 정적 데이터를 저장하고, 이를 기록합니다. 메소드 호출 순서

　

가비지 컬렉터는 주로 힙 영역에서 사용하지 않는 메모리 영역을 복구하고 해당 영역을 정리합니다. 힙 영역에서는 객체 메모리의 생존 시간이나 객체의 크기를 기준으로 "젊은 세대"와 "구세대"로 구분됩니다. "젊은 세대"의 객체는 불안정하고 쓰레기를 생성하기 쉬운 반면, "구세대"의 객체는 상대적으로 안정적이며 쓰레기를 생성할 가능성이 적습니다. 분리된 이유는 서로 다른 영역의 메모리 블록 특성에 따라 서로 다른 메모리 복구 알고리즘을 채택하여 힙 영역의 가비지 수집 효율성을 높이기 위한 것입니다. 자세한 소개는 아래에서 하겠습니다.

2. 일반적인 메모리 재활용 알고리즘 소개 위에서

JVM

의 메모리 영역 구분에 대해 간략하게 이해했습니다. 다음으로 몇 가지 일반적인 메모리 재활용 알고리즘을 살펴보겠습니다. 물론, 아래에서 소개하는 메모리 재활용 알고리즘은 JVM에서만 사용되는 것이 아니라 OC에서도 메모리 재활용 방법을 검토해 보겠습니다. 다음은 주로 "참조 카운팅 재활용", "복사 재활용", "표시 분류 재활용", "세대 재활용"을 포함합니다.

1. 참조 카운팅(Reference Count) 메모리 재활용 메커니즘은 현재 Objective-C 및

Swift

언어에서도 사용되는 메모리 재활용 메커니즘입니다. 우리 블로그에서 참조 계산 메모리 재활용에 대해 자세히 설명했습니다. 참조가 있는 한 참조 카운트는 1씩 증가합니다. 참조 횟수가 0에 도달하면 메모리 블록이 재활용됩니다. 물론 이 메모리 정리 방법은 "참조 사이클"을 쉽게 형성할 수 있습니다. Objective-C의 참조 횟수에서 순환 참조로 인해 발생하는 메모리 누수 문제에서 변수는 약한 유형 또는 강한 유형으로 선언될 수 있습니다. 즉, 참조를 "

강한 참조"

또는 "약한 참조"로 정의할 수 있습니다. "강한 참조 순환"이 발생하면 참조 중 하나를 약한 유형으로 설정할 수 있습니다. 그러면 이 강력한 참조 순환이 깨지고 "메모리 누수" 문제가 발생하지 않습니다. "Reference Counted Memory Recycling"에 대한 보다 자세한 내용은 이전에 게시된 OC 콘텐츠 관련 블로그를 참조하시기 바랍니다.

참조 카운팅이 어떻게 작동하는지 더 명확하게 이해하기 위해 아래 그림을 간단히 그렸습니다. 왼쪽 스택의 세 참조 a, b, c는 힙의 서로 다른 영역 블록을 가리킵니다. 힙의 메모리 영역 블록에서 이 영역에 대한 강력한 참조가 있으면 해당 keepCount가 1씩 증가합니다. 약한 참조가 있는 경우, keepCount는 1씩 증가하지 않습니다.

먼저 a가 참조하는 첫 번째 메모리 영역을 살펴보겠습니다. 이 메모리 블록은 a에 의해서만 강력하게 참조되므로, a가 더 이상 이 메모리 영역을 참조하지 않으면 keepCount=0이 되고 메모리는 재활용. 이 경우 메모리 누수가 발생하지 않습니다.

b가 가리키는 메모리 영역 2를 살펴보겠습니다. b와 메모리 블록 3은 모두 메모리 블록 2에 대한 강력한 참조를 가지므로 2의 retainCount=2입니다. 메모리 블록 2에도 메모리 블록 3에 대한 강력한 참조가 있으므로 3의 keepCount=1입니다. 따라서 b가 가리키는 메모리 영역에는 "강력한 참조 순환"이 있습니다. 왜냐하면 b가 더 이상 이 메모리 영역을 가리키지 않으면 rc=2는 rc=1이 되기 때문입니다. keepCount가 0이 아니기 때문에 이 두 메모리 영역은 해제되지 않고, 2개도 해제되지 않으므로 당연히 세 개의 메모리 영역은 해제되지 않지만 이 메모리 영역은 다시 사용되지 않으므로 " 메모리 누수' 상황. 이 두 메모리 영역이 특히 크다면 그 결과는 심각할 것이라고 상상할 수 있습니다.

c 참조와 마찬가지로 참조 체인 중 하나가 약한 참조이기 때문에 "강한 참조 순환"이 발생하지 않습니다. c가 더 이상 네 번째 메모리 블록을 참조하지 않으면 rc는 1에서 0으로 변경되고 블록 영역은 즉시 해제됩니다. 메모리 블록 4가 해제된 후 메모리 블록 5의 rc는 1에서 0으로 변경되고 메모리 블록 5도 해제됩니다. 이 경우 메모리 누수는 발생하지 않습니다. Objective-C에서는 이 방법을 사용하여 메모리를 재활용합니다. 물론 OC에는 "강한 참조"와 "약한 참조" 외에 자동 해제 풀도 있습니다. 즉, Autorealease 유형 참조는 keepCount = 0일 때 즉시 해제되지 않지만, 자동 해제 풀에서 나올 때 해제됩니다. 여기서는 자세히 설명하지 않겠습니다.

　　

2. 복사 메모리 재활용

참조 카운팅 재활용에 대해 이야기한 후, 우리는 ""으로 인한 메모리 누수 문제를 쉽게 해결할 수 있다는 것을 알았습니다. 순환 참조" 질문, "강한 참조"와 "약한 참조"라는 개념이 OC에 도입되었습니다. 다음으로 복사 메모리 재활용 메커니즘을 살펴보겠습니다. 이 메커니즘에서는 "순환 참조" 문제를 걱정할 필요가 없습니다. 간단히 말해서 복사 기반 재활용의 핵심은 "복사"이지만 전제는 조건부 복사입니다. 가비지 수집 중에 "라이브 개체"는 다른 빈 힙 영역에 복사된 다음 이전 영역이 함께 지워집니다. "라이브 객체"는 객체의 참조 체인을 따라 "스택"에서 도달할 수 있는 객체를 나타냅니다. 물론, 라이브 객체를 새로운 "힙 영역"에 복사한 후에는 스택 영역에 대한 참조도 수정해야 합니다.

아래는 우리가 그린 복사형 재활용의 단순화된 다이어그램입니다. 이는 주로 힙을 두 부분으로 나눕니다. 가비지 수집 중에 한 힙에 있는 활성 개체가 다른 힙에 복사됩니다. 아래의 힙 1 영역은 현재 사용 중인 블록이고, 힙 2 영역은 여유 영역입니다. 힙 영역 1의 표시되지 않은 메모리 블록, 즉 2와 3은 재활용할 가비지 개체입니다. 그리고 1, 4, 5는 복사할 '살아있는 객체'이다. 블록 1은 스택의 a를 따라 도달할 수 있고 블록 4와 5는 c를 따라 도달할 수 있기 때문입니다. 블록 2와 3에는 참조가 있지만 비힙 영역에서 온 것이 아닙니다. 즉, 2와 3의 참조는 모두 힙 영역의 참조이므로 재활용 대상입니다.

　

라이브 객체를 찾은 후 다음으로 할 일은 라이브 객체를 복사하여 힙 2 영역에 복사하는 것입니다. 물론, 힙 영역 2에 복사된 객체 간의 메모리 주소는 연속적입니다. 새로운 메모리 공간을 할당하려면 힙의 여유 공간에서 직접 할당하면 됩니다. 이는 메모리 공간을 할당할 때 더 효율적입니다. 객체를 복사한 후 "비힙 영역"의 참조 주소를 수정해야 합니다. 아래 그림과 같습니다.

　

복사 완료 후 힙 영역의 모든 메모리 공간을 직접 재활용할 수 있습니다. 2. 복사 및 재활용 후 최종 결과는 다음과 같습니다. 하위 힙 영역 1이 지워진 후 복사된 개체를 받을 수 있습니다. 힙 영역 2에서 가비지 수집이 수행되면 힙 영역 2의 활성 개체가 힙 영역 1로 복사됩니다.

이 예에서 메모리 가비지가 많을 때 복사된 객체 수가 상대적으로 적고 이전 힙 공간을 직접 정리할 수 있기 때문에 "복사" 가비지 수집의 효율성이 여전히 상대적으로 높다는 것을 알 수 있습니다. 청산. 그러나 상대적으로 쓰레기가 적은 경우 이 방법은 많은 수의 라이브 개체를 복사하므로 효율성은 여전히 ​​상대적으로 낮습니다. 이 방법은 또한 힙 저장 공간을 절반으로 나눕니다. 즉, 절반은 항상 무료이며, 힙 공간의 활용률은 높지 않습니다.

　　

3. 마크 압축 복구 알고리즘

위의 "복사" 가비지 수집 프로세스를 통해 우리는 쓰레기가 많을 때 효율성이 상대적으로 높다는 것을 알고 있습니다. 쓰레기가 거의 없으면 작업 방법 효율성이 상대적으로 낮습니다. 그럼 다음으로 또 다른 마크 압축 재활용 알고리즘을 소개하겠습니다. 이 알고리즘은 쓰레기가 적을 때 더 효율적이지만, 쓰레기가 많으면 효율성이 높지 않습니다. "Copying" 보완적. 아래에서는 마크 압축 재활용 알고리즘을 소개합니다.

마킹 - 압축의 첫 번째 단계는 마킹이며, 이를 위해서는 힙 영역에 "live object"을 표시해야 합니다. 위 내용에서 "살아있는 물체"가 무엇인지에 대해서는 이미 이야기했으므로 여기서는 자세히 설명하지 않겠습니다. "라이브 객체"의 특성을 보면 아래의 라이브 객체는 메모리 영역 1과 3이므로 표시해 두는 것을 알 수 있습니다.

　

마킹이 완료된 후 압축을 시작하고 라이브 개체를 "힙 영역"의 섹션으로 압축한 다음 나머지 부분을 지웁니다. 아래는 두 개의 생명체 1과 3을 압축한 것입니다. 압축 후 아래 공간을 깨끗이 청소해 주세요. 즉, Clean 부분에서는 새로운 객체를 할당할 수 있다.

　

아래 스크린샷은 마크 압축 및 클리닝 후의 상태입니다. 표시 압축된 가비지 수집은 힙 영역의 공간을 최대한 활용할 수 있습니다. 가비지가 상대적으로 적고 가비지가 너무 많고 조각화가 심각한 경우에는 더 많은 "살아있는 객체"가 이동되며 이 처리 방법이 상대적으로 효율적입니다. 효율성이 상대적으로 낮습니다. 이 방법을 "복사"와 함께 사용하여 현재 힙 영역의 가비지 상태를 기반으로 재활용 방법을 선택할 수 있습니다. "복사"의 장점을 정확하게 보완합니다. "복사"와 "표시-압축" 재활용 방법을 통합한 알고리즘은 "세대별" 가비지 수집 메커니즘이며, 이에 대해 아래에서 자세히 소개합니다.

　　

4. 세대별 가비지 수집

"세대"는 개체의 쓰레기 발생 가능성이 높은 상태나 분할할 수 있는 개체의 크기에 따라 여러 세대로 나누는 것을 의미합니다. "젊은세대", "기성세대", "영구세대"로 나뉜다. "영구 세대"는 힙에 없으므로 다시 논의하지 않습니다. 세대별 가비지 컬렉션의 특성을 바탕으로 다음과 같은 단순화된 다이어그램이 그려집니다.

힙에서는 영역이 크게 '젊은 세대'와 '기존 세대'로 구분됩니다. "젊은 세대"에 위치한 객체의 메모리는 오랫동안 생성되지 않고 비교적 빠르게 업데이트되며 "메모리 쓰레기"를 생성하기 쉽습니다. 따라서 "젊은 세대"의 가비지 수집을 위한 "복사" 재활용 방법이 있습니다. "가 더 효율적입니다. "젊은 세대"는 두 가지 영역으로 나눌 수 있는데, 하나는 Eden Space와 Survivor Sprace입니다. Eden Space는 처음 생성된 객체를 주로 저장하는 반면, Survivor Sprace는 Eden Space에서 살아남은 "살아있는 객체"를 저장합니다. Survivor Sprace(생존자 영역)는 form과 to의 두 블록으로 나누어져 있으며, 가비지 청소를 위해 객체를 서로 복사하는 데 사용됩니다.

"구세대"는 Survivor Sprace에서 살아남은 일부 "대형 개체"와 "개체"를 저장합니다. 일반적으로 "구세대"의 개체는 이 목적을 위해 더 안정적이고 쓰레기를 덜 생성합니다. , "마크 압축" 재활용 방법을 사용하는 것이 더 효율적입니다. "세대별 가비지 컬렉션"은 주로 분할 및 정복을 통해 다양한 객체를 특성에 따라 분류하고, 분류 특성에 따라 적절한 가비지 컬렉션 솔루션을 선택합니다.

　

3. 세대별 가비지 수집의 구체적인 작동 원리

물론 JVM의 구체적인 가비지 컬렉션에서는 스레드에 따라 재활용을 위해 단일 스레드를 사용하는 "직렬 가비지 컬렉션"과 재활용을 위해 여러 스레드를 사용하는 "병렬 가비지 컬렉션"으로 나눌 수 있습니다. . 프로그램 중단 상황에 따라 '전용 재활용'과 '동시 재활용'으로 구분됩니다. 물론, 이전에도 "병렬"과 "동시성"은 동일한 개념이 아니며 혼동해서는 안 된다는 점을 여러 차례 논의한 바 있습니다. 이 블로그에서는 위의 방법에 대해 자세히 설명하지 않습니다. 관심이 있으시면 Google에 문의하세요.

"세대 가비지 수집"의 실행 방법을 직관적으로 느낄 수 있도록 "세대 가비지 수집"의 구체적인 작동 원리의 전체 단계를 살펴보겠습니다.

1. 가비지 수집 전

아래 그림은 "

세대 가비지 수집"을 기다리는 모습을 간략하게 나타낸 것입니다. 아래 그림을 보면 할당된 객체 메모리 중 일부가 없는 것을 알 수 있습니다. 힙. 스택에서 참조되지 않으며 재활용할 개체입니다. 아래의 힙은 전체적으로 "젊은 세대"와 "올드 세대"로 나누어져 있고, 젊은 세대는 Eden Space, From and To 세 가지 영역으로 세분화할 수 있음을 알 수 있습니다. 각 영역의 역할에 대해서는 위에서 '세대별 가비지 컬렉션'을 소개할 때 이미 소개한 바 있으므로, 이번 편에서는 자세히 소개하지 않겠습니다.

　

2. 세대별 가비지 수집

아래 그림은 위 힙 제어의 가비지 수집 과정을 보여줍니다. 위 그림에서 볼 수 있듯이 To 영역은 빈 영역으로 복사된 객체를 수용할 수 있습니다. "젊은 세대"는 메모리 쓰레기를 생성하기 쉽기 때문에 "복사" 메모리 재활용 방법을 채택합니다. 두 개의 힙 블록

Eden Space 및 From에 있는 "라이브 개체"를 To 영역으로 복사합니다. 복사하는 동안 복사된 메모리의 스택 참조 주소도 수정해야 합니다. From 또는 Eden 영역의 "대형 개체" 저장 공간은 "old Generation"에 직접 복사됩니다. From 및 To 영역에 있는 "대형 개체"의 여러 복사본의 효율성이 상대적으로 낮기 때문에 이를 "old Generation"에 직접 추가하여 재활용 효율성을 향상시킵니다.

"구세대"의 가비지 수집에는 "마크 압축" 가비지 수집이 사용됩니다. 첫째, 살아있는 물체는 "표시"됩니다.

　

3. 가비지 수집 후 결과

다음은 "세대별" 가비지 수집 후의 구체적인 결과입니다. 아래 다이어그램을 보면 Eden Space와 From의 라이브 객체가 To 영역으로 복사되고 "old Generation" 힙 영역의 저장 공간도 많이 변경된 것을 확인할 수 있습니다. 게다가 "old Generation"에는 From 영역에서 복사된 큰 개체가 더 많습니다. 세부사항은 다음과 같습니다.

　　

IV.Eclipse GC 로그 구성 및 분석

지금까지 많은 이야기를 했는데요, Eclipse Log 정보에서 가비지 컬렉션 과정을 살펴보고 분석하는 방법을 직관적으로 느껴보겠습니다. 기본적으로 가비지 수집 프로세스 및 로그 인쇄는 표시되지 않습니다. 가비지 수집 로그를 인쇄하려면 실행 중인 구성에 관련 구성 항목을 추가해야 합니다. 이번 섹션에서는

Eclipse에서 로그인하는 가비지 컬렉션 구성을 살펴보고 이러한 로그 기록을 분석합니다. 물론, 이 블로그에서는 Java8을 사용하고 있습니다. 다른 버전의 Java를 사용하면 출력되는 로그 정보가 약간씩 달라지므로 이 부분부터 살펴보겠습니다.

1. Eclipse 실행 설정을 구성합니다

Eclipse 실행 설정에서 해당 구성 항목을 추가하면 가비지 수집 시 해당 로그 정보가 출력됩니다. 프로젝트를 선택한 다음

Run Configurations… 옵션을 찾아 런타임 구성을 수행합니다.

　

아래는 위 옵션으로 열리는 대화 상자입니다. 그런 다음 (x)=Arguments 탭 표시줄을 찾아 VM 인수에 해당 가상 머신 매개변수를 추가하세요. 이 매개변수는 런타임 시 프로젝트의 매개변수로 사용됩니다. . 아래에는 -XX:+PrintGCTimeStamps 및 -XX:+PrintGCDetails라는 두 가지 매개변수가 추가되었습니다. 이 두 개의 매개변수 이름에서 해당 매개변수에 해당하는 함수를 보는 것은 어렵지 않습니다. 하나는 가비지 수집의 타임스탬프를 인쇄하는 것이고, 다른 하나는 가비지 수집의 세부 사항을 인쇄하는 것입니다. 물론 "가비지 수집"을 선택할 때 특정 알고리즘의 매개변수, "직렬" 또는 "병렬"을 선택할지 여부에 대한 매개변수, "배타적" 또는 "동시" 쓰레기의 일부 선택과 같은 다른 매개변수도 많이 있습니다. . 재활용된 매개변수. 여기서는 너무 자세히 설명하지 않겠습니다. Google에서 직접 검색해 보세요.

　　

2. 재활용 로그 인쇄 및 분석

위 매개변수를 구성한 후 System.gc()를 사용하여 강제 가비지 수집을 수행하면 해당 매개변수가 인쇄됩니다. 정보. 먼저 테스트용 코드를 생성해야 합니다. 아래는 우리가 생성한 테스트 클래스입니다. 물론 테스트 클래스의 코드는 비교적 간단합니다. 가장 중요한 것은 문자열을 새로 만든 다음 참조를 null로 설정하고 마지막으로 재활용을 위해 System.gc()을 호출하는 것입니다. 구체적인 코드는 다음과 같습니다.

package com.zeluli.gclog;public class GCLogTest {public static void main(String[] args) {
        String s = new String("Value");
        s = null;
        System.gc();
    }
}

위 코드의 효과는 다음과 같습니다. 다음으로 로그 정보의 주요 내용을 소개하겠습니다.

• [PSYoungGen: 1997K->416K(38400K)] 1997K->424K(125952K), 0.0010277초]

• PSYoungGen은 "젊은 세대"가 재활용된다고 말했습니다. parallel 에서 1997K->416K는 Young Generation 해당 영역의 "재활용 전->재활용 후" 크기를 나타내고, (38400K)는 "Young Generation" 힙의 전체 크기를 나타냅니다. 뒤쪽의 1997K->424K(125952K) 데이터는 전체 힙 관점에서 볼 때 문제입니다. 1997K(힙 재활용 전 사용된 메모리) -> 424K(힙 재활용 후 사용된 메모리) (125952K - 힙의 전체 메모리 공간)

• [ParOldGen: 8K->328K(87552K)]

• ParOldGen은 "old Generation"을 병렬로 재활용하는 매개변수와 유사합니다. 위의 젊은 세대는 말할 것도 없습니다.

• [Metaspace: 2669K->2669K(1056768K)]

• 은 정적 데이터나 시스템을 저장하는 데 사용되는 "메타데이터 영역", 메타스페이스 및 "영구 생성" 영역의 재활용 상태를 나타냅니다. 메소드 영역.

　　

위는 간단한 가비지 수집 로그입니다. 먼저 이 블로그의 내용은 JVM의 가비지 수집에 대한 더 많은 내용이 있습니다. 앞으로 차례로 소개됩니다. 오늘의 블로그는 여기까지입니다.

위 내용은 JVM 메모리 영역 분할 및 가비지 수집 메커니즘에 대한 자세한 설명의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!