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目錄

1. 什么是內(nèi)存签财？
2. 什么是 Java 內(nèi)存模型？
3. 什么是 JVM淹朋？
4. JVM 是怎么劃分內(nèi)存的笙各？
5. 棧幀中的數(shù)據(jù)有什么用？
6. 什么是可達(dá)性算法础芍？
7. Java 中有哪幾種引用杈抢？
8. 什么是垃圾回收器？
9. 參考文獻(xiàn)

前言

這篇文章是我自己回顧和再學(xué)習(xí) Java 內(nèi)存管理相關(guān)知識(shí)的過程中整理出來的仑性。

整理的目的是讓我自己能對(duì) Java 內(nèi)存管理相關(guān)的知識(shí)的認(rèn)識(shí)更全面一些惶楼，分享的目的是希望大家也能從這些知識(shí)中得到一些啟發(fā)。

1. 什么是內(nèi)存诊杆？

內(nèi)存是計(jì)算機(jī)中重要的部件之一歼捐，是與 CPU 進(jìn)行溝通的橋梁，是 CPU 能直接尋址的存儲(chǔ)空間晨汹，由半導(dǎo)體器件制成豹储。

如果說數(shù)據(jù)是商品，那硬盤就是商店的倉(cāng)庫(kù)淘这，內(nèi)存就是商店的貨架剥扣，倉(cāng)庫(kù)里的商品你是不能直接買的，你只能買貨架上的商品慨灭。

每一個(gè)程序中使用的內(nèi)存區(qū)域相當(dāng)于是不同的貨架朦乏，當(dāng)一個(gè)貨架上需要擺放的商品超過這個(gè)貨架所能容納的最大值，就會(huì)出現(xiàn)放不下的情況氧骤，也就是內(nèi)存溢出呻疹。

2. 什么是 JVM？

JVM（Java 虛擬機(jī)）是 Java Virtual Machine 的縮寫筹陵，它是一個(gè)虛構(gòu)出來的計(jì)算機(jī)刽锤，通過在實(shí)際的計(jì)算機(jī)上仿真模擬各種計(jì)算機(jī)功能來實(shí)現(xiàn)的。

JVM 有自己的硬件架構(gòu)朦佩，如處理器并思、堆棧、寄存器等语稠，還有對(duì)應(yīng)分指令系統(tǒng)宋彼。

假如一個(gè)程序使用的內(nèi)存區(qū)域是一個(gè)貨架弄砍，那 JVM 就相當(dāng)于是一個(gè)淘寶店鋪，它不是真實(shí)存在的貨架输涕，但它和真實(shí)貨架一樣可以上架和下架商品音婶，而且上架的商品數(shù)量也是有限的。

假如貨架是在深圳莱坎，那 JVM 的平臺(tái)無(wú)關(guān)性就相當(dāng)于是客人可以在各個(gè)地方購(gòu)買你在淘寶上發(fā)布的商品衣式，不是只有在深圳才能購(gòu)買貨架上的商品。

3. 什么是 Java 內(nèi)存模型檐什？

Java 內(nèi)存模型的主要目標(biāo)是定義程序中各個(gè)變量的訪問規(guī)則碴卧，也就是在虛擬機(jī)中將變量存儲(chǔ)到內(nèi)存，以及從內(nèi)存中取出變量這樣的底層細(xì)節(jié)乃正。

下面我們就來看下 Java 內(nèi)存模型的具體介紹住册。

3.1 主內(nèi)存與工作內(nèi)存

Java 內(nèi)存模型規(guī)定了所有的變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存（Main Memory）中，每條線程有自己的工作內(nèi)存（Working Memory）瓮具，線程的工作內(nèi)存中保存了線程使用到的變量的內(nèi)存副本界弧。

線程對(duì)變量副本的所有操作都必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，不能直接讀寫主內(nèi)存中的變量搭综。

不同線程之間無(wú)法直接訪問其他線程工作內(nèi)存中的變量垢箕，線程間變量值的傳遞都要通過主內(nèi)存來完成。

Java 內(nèi)存模型.png

3.2 執(zhí)行引擎

所謂執(zhí)行引擎兑巾，就是一個(gè)運(yùn)算器条获，能夠識(shí)別輸入的指令，并根據(jù)輸入的指令執(zhí)行一套特定的邏輯蒋歌，最終輸出特定的結(jié)果
執(zhí)行引擎對(duì)于 JVM 的作用就像是 CPU 對(duì)于實(shí)體機(jī)器的作用帅掘，都可以識(shí)別指令，并且根據(jù)指令完成特定的運(yùn)算堂油。

3.3 主內(nèi)存與工作內(nèi)存的交互操作

Java 內(nèi)存模型中定義了 8 種操作來完成主內(nèi)存與工作內(nèi)存之間具體的交互協(xié)議修档，虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)必須保證每一種操作都是原子、不可再分的府框。

這 8 種操作又可分為作用于主內(nèi)存的和作用于工作內(nèi)存的操作吱窝。

3.3.1 作用于主內(nèi)存的操作

1. lock（鎖定）

   作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)變量標(biāo)識(shí)為一條線程獨(dú)占的狀態(tài)迫靖。

2. unlock（解鎖）

   作用于主內(nèi)存的變量院峡，它把一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來，釋放后的變量才能被其他線程鎖定系宜。

3. read（讀日占ぁ）
   作用于主內(nèi)存的變量，它把一個(gè)變量的值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中盹牧，以便 load 時(shí)使用俩垃。

4. write（寫入）

   作用于主內(nèi)存的變量励幼，它把 store 操作從工作內(nèi)存中得到的變量值放入主內(nèi)存的變量中。

3.3.2 作用于工作內(nèi)存的操作

1. load（載入）

   作用于工作內(nèi)存的變量口柳，它把 read 操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入工作內(nèi)存的變量副本中赏淌。

2. use（使用 ）
   作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個(gè)工作內(nèi)存中一個(gè)變量的值傳遞給執(zhí)行引擎啄清，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)需要使用的變量的值的字節(jié)碼執(zhí)行時(shí)會(huì)執(zhí)行這個(gè)操作。

3. assign（賦值）
   作用于工作內(nèi)存的變量俺孙，它把一個(gè)執(zhí)行引擎接收到的值賦給工作內(nèi)存的變量辣卒，每當(dāng)虛擬機(jī)遇到一個(gè)給變量賦值的字節(jié)碼執(zhí)行時(shí)執(zhí)行這個(gè)操作。

4. store（存儲(chǔ)）
   作用于工作內(nèi)存的變量睛榄，它把工作內(nèi)存中的一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存中荣茫，以便隨后的 write 操作使用。

4. JVM 是怎么劃分內(nèi)存的场靴？

JVM 在執(zhí)行 Java 程序的過程中會(huì)把它管理的內(nèi)存分為若干個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域啡莉，而這些區(qū)域又可以分為線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)域和線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)域。

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū).png

4.1 線程私有的數(shù)據(jù)區(qū)域

4.1.1 程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器有下面兩個(gè)特點(diǎn)旨剥。

• 較小

  程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間咧欣，它可以看作是當(dāng)前線程執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。

• 線程私有

  為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置轨帜，每條線程都有一個(gè)私有的程序計(jì)數(shù)器魄咕。

• 無(wú)異常

  程序計(jì)數(shù)器是唯一一個(gè)在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中沒有規(guī)定任何 OOM 情況的區(qū)域。

4.1.2 虛擬機(jī)棧

虛擬機(jī)棸龈福可以說是 Java 方法棧哮兰，它有下面三個(gè)特點(diǎn)。

• 描述方法執(zhí)行

  虛擬機(jī)棧描述的是 Java 方法執(zhí)行的內(nèi)存模型苟弛，每個(gè)方法在執(zhí)行時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）喝滞，棧幀用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧膏秫、動(dòng)態(tài)鏈接右遭、方法出口等信息。

  一個(gè)方法從調(diào)用到執(zhí)行完成的過程缤削，對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過程狸演。

  關(guān)于棧幀在第 5 大節(jié)會(huì)有一個(gè)更多的介紹。

• 線程私有

  與程序計(jì)數(shù)器一樣僻他，Java 虛擬機(jī)棧也是線程私有的宵距，它的生命周期與線程相同。

• 異常

  在 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中吨拗，對(duì)虛擬機(jī)棧規(guī)定了下面兩種異常满哪。

  1. StackOverflowError

     當(dāng)執(zhí)行 Java 方法時(shí)會(huì)進(jìn)行壓棧的操作婿斥，在棧中會(huì)保存局部變量、操作數(shù)棧和方法出口等信息哨鸭。

     JVM 規(guī)定了棧的最大深度民宿，如果線程請(qǐng)求執(zhí)行方法時(shí)棧的深度大于規(guī)定的深度，就會(huì)拋出棧溢出異常 StackOverflowError像鸡。

  2. OutOfMemoryError

     如果虛擬機(jī)在擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存活鹰，就會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常 OutOfMemoryError。

4.1.3 本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stack）的作用與虛擬機(jī)棧非常相似只估，它有下面兩個(gè)特點(diǎn)志群。

• 為 Native 方法服務(wù)

  本地方法棧與虛擬機(jī)棧的區(qū)別是虛擬機(jī)棧為 Java 方法服務(wù)，而本地方法棧為 Native 方法服務(wù)蛔钙。

• 異常

  與虛擬機(jī)棧一樣锌云，本地方法棧也會(huì)拋出 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 異常。

4.2 所有線程共享的數(shù)據(jù)區(qū)域

4.2.1 Java 堆

Java 堆（Java Heap）也就是實(shí)例堆吁脱，它用于存放我們創(chuàng)建的對(duì)象實(shí)例桑涎，它有下面幾個(gè)特點(diǎn)。

• 最大

  對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說兼贡，Java 堆是 JVM 管理的內(nèi)存中最大的一塊內(nèi)存區(qū)域攻冷。

• 線程共享

  Java 堆是所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建遍希。

• 存放實(shí)例

  堆的唯一作用就是存放對(duì)象實(shí)例讲衫，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都是在這里分配內(nèi)存。

• GC

  堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域孵班，所以有時(shí)也叫 GC 堆涉兽。

4.2.2 方法區(qū)

方法區(qū)（Method Area）存儲(chǔ)的是已被虛擬機(jī)加載的數(shù)據(jù)，它有下面幾個(gè)特點(diǎn)篙程。

• 線程共享

  方法區(qū)和堆一樣枷畏，是所有線程共享的內(nèi)存區(qū)域。

• 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型

  • 類信息
  • 常量
  • 靜態(tài)變量
  • 即時(shí)編譯器編譯后的代碼

• 異常

  方法區(qū)的大小決定了系統(tǒng)可以保存多少個(gè)類虱饿，如果系統(tǒng)定義了太多的類拥诡，導(dǎo)致方法區(qū)溢出，虛擬機(jī)同樣會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常 OutOfMemoryError氮发。

方法區(qū)又可分為運(yùn)行時(shí)常量池和直接內(nèi)存兩部分渴肉。

1. 運(yùn)行時(shí)常量池

   運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分。

   Class 文件中除了有類的版本爽冕、字段仇祭、方法和接口等描述信息，還有一項(xiàng)信息就是常量池（Constant Pool Table）颈畸。

   常量池用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用乌奇，這部分內(nèi)容將在類加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放没讲。

   運(yùn)行時(shí)常量池受到方法區(qū)內(nèi)存的限制，當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出 OutOfMemoryError 異常礁苗。

2. 直接內(nèi)存

   直接內(nèi)存（Direct Memory）有下面幾個(gè)特點(diǎn)爬凑。

   • 在虛擬機(jī)數(shù)據(jù)區(qū)外

     直接內(nèi)存不是從虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分，也不是 Java 虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域试伙。

   • 直接分配

     在 JDK 1.4 中新加入了 NIO（New Input/Output）類嘁信，引入了一種基于通道與緩沖區(qū)的 I/O 方式，它可以使用 Native 函數(shù)庫(kù)直接分配堆外內(nèi)存疏叨，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 對(duì)象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作潘靖，這樣能避免在 Java 堆和 Native 堆中來回復(fù)制數(shù)據(jù)。

   • 受設(shè)備內(nèi)存大小限制

     直接內(nèi)存的分配不會(huì)受到 Java 堆大小的限制考廉，但是會(huì)受到設(shè)備總內(nèi)存（RAM 以及 SWAP 區(qū)）大小以及處理器尋址空間的限制。

   • 異常

     直接內(nèi)存的容量默認(rèn)與 Java 堆的最大值一樣携御，如果超額申請(qǐng)內(nèi)存昌粤，也有可能導(dǎo)致 OOM 異常出現(xiàn)。

5. 棧幀中的數(shù)據(jù)有什么用啄刹？

當(dāng) Java 程序出現(xiàn)異常時(shí)涮坐，程序會(huì)打印出對(duì)應(yīng)的異常堆棧，通過這個(gè)堆棧我們可以知道方法的調(diào)用鏈路誓军，而這個(gè)調(diào)用鏈路就是由一個(gè)個(gè) Java 方法棧幀組成的袱讹。

我們來看下棧幀中包含的局部變量表、操作數(shù)棧昵时、動(dòng)態(tài)連接和返回地址分別有著什么作用捷雕。

棧幀.png

5.1 局部變量表

局部變量表（Local Variable Table）中的變量只在當(dāng)前函數(shù)調(diào)用中有效，當(dāng)函數(shù)調(diào)用結(jié)束后壹甥，隨著函數(shù)棧幀的銷毀救巷，局部變量表也會(huì)隨之銷毀。

局部變量表中存放的編譯期可知的各種數(shù)據(jù)有如下三種句柠。

1. 基本數(shù)據(jù)類型

   如 boolean浦译、char、int 等

2. 對(duì)象引用

   reference 類型溯职，可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔樉眩部赡苁侵赶蛞粋€(gè)代表對(duì)象的句柄或其他與此對(duì)象相關(guān)的位置

3. returnAddress 類型

   指向了一條字節(jié)碼指令的地址。

5.2 操作數(shù)棧

操作數(shù)棧（Operand Stack）也叫操作棧谜酒，它主要用于保存計(jì)算過程的中間結(jié)果叹俏，同時(shí)作為計(jì)算過程中臨時(shí)變量的存儲(chǔ)空間。

操作數(shù)棧也是一個(gè)先進(jìn)后出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)僻族，只支持入棧和出棧兩種操作她肯。

當(dāng)一個(gè)方法剛開始執(zhí)行時(shí)佳头，操作數(shù)棧是空的，在方法執(zhí)行的過程中晴氨，會(huì)有各種字節(jié)碼執(zhí)行往操作數(shù)棧中寫入和提取內(nèi)容康嘉，也就是出棧/入棧操作。

比如下面的這張圖中籽前，當(dāng)調(diào)用了虛擬機(jī)的 iadd 指令后亭珍，它就會(huì)在操作數(shù)棧中彈出兩個(gè)整數(shù)并進(jìn)行加法計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果入棧枝哄。

操作數(shù)棧.png

5.3 動(dòng)態(tài)連接

每個(gè)棧幀都包含一個(gè)指向運(yùn)行時(shí)常量池中該棧幀所屬方法的引用肄梨，持有這個(gè)引用是為了支持方法調(diào)用過程中的動(dòng)態(tài)連接（Dynamic Linking）。

5.4 方法返回地址

當(dāng)一個(gè)方法開始執(zhí)行后挠锥，只有兩種方式可以退出這個(gè)方法众羡，一種是正常完成出口，另一種是異常完成出口蓖租。

1. 正常完成出口

   執(zhí)行引擎遇到任意一個(gè)方法返回的字節(jié)碼指令粱侣，這時(shí)候可能會(huì)有返回值傳遞給上層的方法調(diào)用者。

   是否有返回值和返回值的類型將根據(jù)遇到哪種方法返回指令來決定蓖宦，這種退出方法的方式稱為正常完成出口（Normal Method Invocation Completion）齐婴。

2. 異常完成出口

   在方法執(zhí)行過程中遇到異常，并且這個(gè)異常沒有在方法體內(nèi)得到處理稠茂，就會(huì)導(dǎo)致方法退出柠偶，這種退出方式稱為異常完成出口（Abrupt Method Invocation Completion）。

   一個(gè)方法使用異常完成出口的方式退出睬关，任何值都不會(huì)返回給它的調(diào)用者诱担。

無(wú)論采用哪種退出方式，在方法退出后电爹，都需要返回到方法被調(diào)用的位置该肴，程序才能繼續(xù)執(zhí)行。

6. 什么是可達(dá)性算法藐不？

在主流的商用程序語(yǔ)言（Java匀哄、C# 和 Lisp 等）的主流實(shí)現(xiàn)中，都是通過可達(dá)性分析（Reachability Analysis）判定對(duì)象是否存活的雏蛮。

這個(gè)算法的基本思路就是通過一系列“GC Roots”對(duì)象作為起始點(diǎn)涎嚼，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索走過的路徑就叫引用鏈挑秉。

當(dāng)一個(gè)對(duì)象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連時(shí)法梯，則證明此對(duì)象是不可用的。

比如下圖中的 object5、object6立哑、object7夜惭，雖然它們互有關(guān)聯(lián)，但是它們到 GC Roots 是不可達(dá)的铛绰，所以它們會(huì)被判定為可回收對(duì)象诈茧。

引用鏈

在 Java 中，不同內(nèi)存區(qū)域中可作為 GC Roots 的對(duì)象包括下面幾種捂掰。

1. 虛擬機(jī)棧

   虛擬機(jī)棧的棧幀中的局部變量表中引用的對(duì)象敢会，比如某個(gè)方法正在使用的類字段。

2. 方法區(qū)

   1. 類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
   2. 常量引用的對(duì)象

3. 本地方法棧

   本地方法棧中 Native 方法引用的對(duì)象这嚣。

7. Java 中有哪幾種引用鸥昏？

無(wú)論是通過引用計(jì)數(shù)算法判斷對(duì)象的引用數(shù)量，還是通過可達(dá)性分析算法判斷對(duì)象的引用鏈?zhǔn)欠窨蛇_(dá)姐帚，判定對(duì)象是否存活都與引用有關(guān)吏垮。

在 JDK 1.2 之后，Java 對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充罐旗，將引用分為強(qiáng)引用膳汪、軟引用、弱引用和虛引用四種尤莺，這四種引用強(qiáng)度按順序依次減弱旅敷。

7.1 強(qiáng)引用

強(qiáng)引用有下面幾個(gè)特點(diǎn)生棍。

• 普遍存在

  強(qiáng)引用是指代碼中普遍存在的颤霎，比如 "Object obj = new Object()" 這類引用。

• 直接訪問

  強(qiáng)引用可以直接訪問目標(biāo)對(duì)象涂滴。

• 不會(huì)回收

  強(qiáng)引用指向的對(duì)象在任何時(shí)候都不會(huì)被系統(tǒng)回收友酱，虛擬機(jī)即使拋出 OOM 異常，也不會(huì)回收強(qiáng)引用指向的對(duì)象柔纵。

  使用 obj = null 不會(huì)觸發(fā) GC缔杉，但是在下次 GC 的時(shí)候這個(gè)強(qiáng)引用對(duì)象就可以被回收了。

• OOM 隱患

  強(qiáng)引用可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏搁料。

7.2 軟引用

軟引用有下面幾個(gè)特點(diǎn)或详。

• 有用但非必需

  軟引用用于描述一些還有用但非必需的對(duì)象。

• 二次回收

  對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象郭计，在系統(tǒng)即將發(fā)生內(nèi)存溢出前霸琴，會(huì)把這些對(duì)象列入回收范圍中進(jìn)行二次回收。

• OOM 隱患

  如果二次回收后還沒有足夠的內(nèi)存昭伸，就會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常梧乘。

• SoftReference

  在 JDK 1.2 后，Java 提供了 SoftReference 類來實(shí)現(xiàn)軟引用。

7.3 弱引用

弱引用有下面幾個(gè)特點(diǎn)选调。

• 比軟引用弱

  弱引用的強(qiáng)度比軟引用更弱一些夹供，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次 GC 前。

• 發(fā)現(xiàn)即回收

  在 GC 時(shí)仁堪，只要發(fā)現(xiàn)弱引用哮洽，不管系統(tǒng)堆空間使用情況如何，都會(huì)將對(duì)象進(jìn)行回收枝笨。

• 可有可無(wú)

  軟引用袁铐、弱引用適合保存可有可無(wú)的緩存數(shù)據(jù)。

• WeakReference

  JDK 1.2 后横浑，提供了 WeakReference 類來實(shí)現(xiàn)弱引用剔桨。

7.4 虛引用

虛引用是最弱的一種引用關(guān)系，它有以下幾個(gè)特點(diǎn)徙融。

• 無(wú)法獲取

  一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在洒缀，都不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響，也無(wú)法通過虛引用取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例欺冀。

• 收到通知

  為一個(gè)對(duì)象設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的就是能在這個(gè)對(duì)象被收集器回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知树绩。

• PhatomReference

  在 JDK 1.2 后，提供了 PhantomReference 類來實(shí)現(xiàn)虛引用隐轩。

8. 什么是垃圾回收器饺饭？

地上有臟東西是不可避免的，但是天天都要掃地又太麻煩了职车，有沒有什么辦法可以讓我們不用掃地呢瘫俊？

掃地機(jī)器人就可以幫我們做這件事，而垃圾回收器 GC（Garbage Collector）就相當(dāng)于是掃地機(jī)器人悴灵。

我們 Java 開發(fā)者不用像 C++ 開發(fā)者那樣關(guān)心內(nèi)存釋放的問題扛芽，但是我們也不能擋著掃地機(jī)器人的路。

當(dāng)我們操作不當(dāng)導(dǎo)致某塊內(nèi)存泄漏時(shí)积瞒，GC 就不能對(duì)這塊內(nèi)存進(jìn)行回收川尖。

GC 可不是個(gè)好伺候的主，如果你讓“GC 很忙”茫孔，那它就會(huì)讓你“應(yīng)用很卡”叮喳。

拿 Android 來說，進(jìn)行 GC 時(shí)缰贝，所有線程都要暫停馍悟，包括主線程，16ms 是 Android 要求的每幀繪制時(shí)間揩瞪，而當(dāng) GC 的時(shí)間超過 16ms赋朦，就會(huì)造成丟幀的情況，也就是界面卡頓。

垃圾回收器回收資源的方式就是垃圾回收算法宠哄，下面我們來看下四個(gè)主要的垃圾回收算法壹将。

8.1 標(biāo)記-清除算法

標(biāo)記-清除算法（Mark-Sweep）相當(dāng)于是先把貨架上有人買的、沒人買的毛嫉、空著的商品和位置都記錄下來诽俯，然后再把沒人買的商品統(tǒng)一進(jìn)行下架。

標(biāo)記-清除算法.png

• 工作原理

  • 第一步：標(biāo)記所有需要回收的對(duì)象

  • 第二步：標(biāo)記完成后承粤，統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象

• 缺點(diǎn)

  • 效率低

    標(biāo)記和清除的效率都不高

  • 內(nèi)存碎片

    標(biāo)記清除后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片暴区，內(nèi)存碎片太多會(huì)導(dǎo)致當(dāng)程序需要分配較大的對(duì)象時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā) GC

8.2 復(fù)制算法

為了解決效率問題辛臊，復(fù)制（Copying）收集算法出現(xiàn)了仙粱。

復(fù)制算法.png

• 工作原理

復(fù)制算法把可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊彻舰。

當(dāng)使用中的這塊內(nèi)存用完了伐割，就把存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊內(nèi)存上，然后把已使用的空間一次清理掉刃唤。

這樣每次都是對(duì)半個(gè)內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行回收隔心，內(nèi)存分配時(shí)也不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜問題。

• 優(yōu)點(diǎn)

  復(fù)制算法的優(yōu)點(diǎn)是每次只對(duì)半個(gè)內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行內(nèi)存回收尚胞，分配內(nèi)存時(shí)也不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況硬霍，只要一動(dòng)堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可笼裳。

• 缺點(diǎn)

  • 浪費(fèi)空間

    把內(nèi)存縮小一半來使用太浪費(fèi)空間唯卖。

  • 有時(shí)效率較低

    在對(duì)象存活率高時(shí)，要進(jìn)行較多的復(fù)制操作侍咱，這時(shí)效率就變低了

8.3 標(biāo)記-整理算法

在復(fù)制算法中耐床，如果不想浪費(fèi) 50% 的空間密幔，就需要有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保楔脯，以應(yīng)對(duì)被使用內(nèi)存中所有對(duì)象都存活的低端情況，所以養(yǎng)老區(qū)不能用這種算法胯甩。

根據(jù)養(yǎng)老區(qū)的特點(diǎn)昧廷，有人提出了一種標(biāo)記-整理（Mark-Compact）算法。

標(biāo)記-整理算法.png

• 工作原理

  標(biāo)記-整理算法的標(biāo)記過程與標(biāo)記-清除算法一樣偎箫，但后續(xù)步驟是讓所有存活的對(duì)象向一端移動(dòng)木柬，然后直接清理掉邊界外的內(nèi)存。

8.4 分代收集算法

現(xiàn)代商業(yè)虛擬機(jī)的垃圾回收都采用分代收集（Generational Collection）算法淹办，這種算法會(huì)根據(jù)對(duì)象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊眉枕，這樣就可以根據(jù)各個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

在新生區(qū)，每次垃圾收集都有大批對(duì)象死去，只有少量存活速挑，所以可以用復(fù)制算法谤牡。

養(yǎng)老區(qū)中因?yàn)閷?duì)象存活率高、沒有額外空間對(duì)它進(jìn)行擔(dān)保姥宝，就必須使用標(biāo)記-清理或標(biāo)記-整理算法進(jìn)行回收翅萤。

堆內(nèi)存可分為新生區(qū)、養(yǎng)老區(qū)和永久存儲(chǔ)區(qū)三個(gè)區(qū)域腊满。

堆內(nèi)存區(qū)域.png

1. 新生區(qū)

   新生區(qū)（Young Generation Space）是類的誕生套么、成長(zhǎng)和消亡的區(qū)域。

   新生區(qū)又分為伊甸區(qū)（Eden space）碳蛋、幸存者區(qū)（Survivor space）兩部分胚泌。

   • 伊甸區(qū)

     大多數(shù)情況下，對(duì)象都是在伊甸區(qū)中分配的肃弟，當(dāng)伊甸區(qū)沒有足夠的空間進(jìn)行分配時(shí)诸迟，虛擬機(jī)將發(fā)起一次 Minor GC。

     Minor GC 是指發(fā)生在新生區(qū)的垃圾收集動(dòng)作愕乎，Minor GC 非常頻繁阵苇，回收速度也比較快。

     當(dāng)伊甸區(qū)的空間用完時(shí)感论，GC 會(huì)對(duì)伊甸區(qū)進(jìn)行垃圾回收绅项，然后把伊甸區(qū)剩下的對(duì)象移動(dòng)到幸存 0 區(qū)。

   • 幸存 0 區(qū)

     如果幸存 0 區(qū)滿了比肄，GC 會(huì)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行垃圾回收快耿，然后再把該區(qū)剩下的對(duì)象移動(dòng)到幸存 1 區(qū)。

   • 幸存 1 區(qū)

     如果幸存 1 區(qū)滿了芳绩，GC 會(huì)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行垃圾回收掀亥，然后把幸存 1 區(qū)中的對(duì)象移動(dòng)到養(yǎng)老區(qū)。

3. 養(yǎng)老區(qū)

   養(yǎng)老區(qū)（Tenure Generation Space）用于保存從新生區(qū)篩選出來的 Java 對(duì)象妥色。

   當(dāng)幸存 1 區(qū)移動(dòng)嘗試對(duì)象到養(yǎng)老區(qū)搪花，但是發(fā)現(xiàn)空間不足時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)發(fā)起一次 Major GC嘹害。

   Major GC 的速度一般比 Minor GC 慢 10 倍以上撮竿。

   大對(duì)象會(huì)直接進(jìn)入養(yǎng)老區(qū)，比如很大的數(shù)字和很長(zhǎng)的字符串笔呀。

4. 永久存儲(chǔ)區(qū)

   永久存儲(chǔ)區(qū)（Permanent Space）是一個(gè)常駐內(nèi)存區(qū)域幢踏，用于存放 JDK 自身攜帶的 Class Interface 元數(shù)據(jù)。

   永久存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)的是運(yùn)行環(huán)境必需的類信息许师，被裝載進(jìn)該區(qū)域的數(shù)據(jù)是不會(huì)被垃圾回收器回收掉的房蝉，只有 JVM 關(guān)閉時(shí)才會(huì)釋放此區(qū)域的內(nèi)存僚匆。

參考文獻(xiàn)

1. 視頻

   Top團(tuán)隊(duì)大牛帶你玩轉(zhuǎn)Android性能分析與優(yōu)化

2. 書籍

   《深入理解Java虛擬機(jī)（第2版）》

   《實(shí)戰(zhàn)Java虛擬機(jī)》

   《揭秘 Java 虛擬機(jī)》