背景介紹

• Java優(yōu)勢之一就是其具有垃圾回收機(jī)制不撑。在大部分情況下廷粒，JVM的GC(垃圾回收器)能夠幫助我們回那些不可到達(dá)的對象(就是未被引用的對象)祖搓。
• 當(dāng)然底桂，在一些情況下，我們?nèi)匀恍枰约喝メ尫艃?nèi)存(就是把對象引用置null筋遭，把容器打颤、數(shù)組清空)，否則就會引起內(nèi)存泄漏漓滔，內(nèi)存泄漏嚴(yán)重時將容易引發(fā)OutOfMemoryError编饺，詳情見內(nèi)存泄漏。
• 此外响驴，由于GC會停止所有的線程透且，包括UI線程，所以頻繁的GC必然會導(dǎo)致畫面卡頓(Android中每16ms為一幀)豁鲤，因此還應(yīng)避免GC的頻繁發(fā)生秽誊。一個導(dǎo)致GC頻繁發(fā)生的原因就是內(nèi)存抖動，點擊鏈接看詳情琳骡。
  
  GC時線程被停止示意圖
• 所以锅论，理解Java的內(nèi)存機(jī)制，有助于幫助我們在寫代碼的過程中避免內(nèi)存泄漏楣号。

走進(jìn)內(nèi)存模型

Java內(nèi)存層級

JVM運(yùn)行時內(nèi)存劃分

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JVM運(yùn)行時內(nèi)存劃分-詳細(xì)

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程序計數(shù)器

程序計數(shù)器是線程私有的內(nèi)存區(qū)域最易，這個區(qū)域是Java虛擬機(jī)中唯一一個沒有限制OutOfMemoryError的內(nèi)存區(qū)域怒坯。之所以需要它是因為Java的多線程機(jī)制是通過輪流切換分配處理器執(zhí)行時間來實現(xiàn)的，所以會涉及到線程的暫停和重啟藻懒，而在一個線程中如果正在執(zhí)行Java方法的話剔猿，這個計數(shù)器就回去記錄當(dāng)前正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼，一旦被暫停嬉荆，恢復(fù)只需要從程序計數(shù)器記錄的為止繼續(xù)執(zhí)行就可以归敬。

但是，如果線程中執(zhí)行的是一個Native方法员寇，那么程序計數(shù)器是不會去記錄的弄慰，所以此時的程序計數(shù)器為空。

虛擬機(jī)棧Stack

Java虛擬機(jī)棧也是線程私有的蝶锋。一條線程啟動就會為它建立一個虛擬機(jī)棧陆爽。

在線程中每有一個Java方法被調(diào)用就會創(chuàng)建一個 “棧幀” 。每個 “棧幀” 會保存執(zhí)行該方法所需的局部變量表（一般Java程序員喜歡用這個部分來代表棧）扳缕、操作數(shù)棧慌闭、動態(tài)鏈接以及方法出口等信息。

如果一個線程中有過多的 “棧幀” 要入到虛擬機(jī)棧中躯舔，即短時間內(nèi)調(diào)用了過多的方法驴剔，就會造成 -- 棧益處 -- ，即 StackOverflowError 錯誤粥庄。

在這個內(nèi)存區(qū)域中丧失，如果虛擬機(jī)需要擴(kuò)展內(nèi)存，但沒有申請到足夠的內(nèi)存惜互，就會拋出 OutOfMemoryError 錯誤布讹。

本地方法棧

和虛擬機(jī)棧有些類似，但它是為Native方法提供服務(wù)的训堆。

Java堆Heap

Java的堆內(nèi)存是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊描验。它是所有線程所共享的，用于存放對象實例和數(shù)組坑鱼，Java虛擬機(jī)的GC主要就發(fā)生在這個地方膘流。因此這塊區(qū)域也叫做"GC堆"。

Java堆的內(nèi)存可以按照垃圾回收算法【分代回收】分為【新生代區(qū)】和【老年區(qū)】鲁沥，進(jìn)一步的呼股，【新生代區(qū)】可以分為【Eden區(qū)】、【From Survivor區(qū)】和【To Survivor區(qū)】画恰。

從內(nèi)存角度來說卖怜，Java堆內(nèi)存又被劃分為線程共享的內(nèi)存區(qū)域和每個線程私有的內(nèi)存區(qū)域。

在Java堆區(qū)域中阐枣，如果沒有內(nèi)存分配給要創(chuàng)建的實例马靠，并且堆也不能夠再擴(kuò)展，就會拋出OutOfMemoryError錯誤蔼两。

回收算法

在Java8之后甩鳄，Heap Segment真正意義上的是由Young Generiation和Old Generiation組成的。對象在其中是標(biāo)記復(fù)制算法來判定一個對象是否應(yīng)該被清理掉额划。
Heap Segment中發(fā)生的GC稱為Major GC妙啃，只會影響Heap Segment區(qū)。

內(nèi)存圖

Young Generiation中的GC變化 — 復(fù)制算法

這個區(qū)域發(fā)生的GC稱為Minor GC俊戳。

• 當(dāng)對象被創(chuàng)建后揖赴，首先會被加入eden區(qū)。當(dāng)eden區(qū)滿了之后抑胎，就會觸發(fā)一次GC燥滑，存活下來的對象會被復(fù)制到survivor區(qū)。
• 當(dāng)不為空的Survivor區(qū)滿了阿逃，同樣會觸發(fā)一次GC铭拧。
• 當(dāng)短時間內(nèi)有大量對象創(chuàng)建和釋放同樣會造成內(nèi)存抖動，會觸發(fā)CG恃锉。
• 如圖所示搀菩，survivor有兩個區(qū)域，其中一個總是保持為空破托。
• 現(xiàn)假設(shè)兩個Survivor區(qū)分別為S0肪跋，S1，并且首次GC時土砂，eden區(qū)中存活的對象被復(fù)制到S0中州既。當(dāng)再次發(fā)生GC時，S0和eden中仍然存活的對象就會被復(fù)制到空的S1中瘟芝，此時S0為空易桃；再次發(fā)生GC時，S1和eden中存活的對象將被復(fù)制到S0中锌俱，此時S1為空晤郑；再次發(fā)生GC...就是這樣進(jìn)行的。當(dāng)一個對象被來回復(fù)制轉(zhuǎn)移的次數(shù)達(dá)到閥值(默認(rèn)為15次贸宏，可以通過使用-XX:MaxTenuringThreshold該命令來調(diào)整閥值)時造寝，這個對象將被復(fù)制到Old Generiation區(qū)中，此時該對象將會變的相對安全吭练，因為Old Segment區(qū)的GC頻率相對較低诫龙。

Old Segment中的GC變化

這個區(qū)域發(fā)送的GC成為Full GC。

• 該區(qū)域滿了之后會觸發(fā)一次GC鲫咽，在該次GC中签赃，一些年齡較大的對象會被清理掉谷异。
• 若多次觸發(fā)GC后，該區(qū)域仍然處于滿的狀態(tài)锦聊，則會拋出OutOfMemoryError歹嘹。
• 以兩種情況下，新建對象會被直接復(fù)制到該區(qū)域中:
  • 當(dāng)新建對象所需要的內(nèi)存大于1/2的單個survivor區(qū)內(nèi)存時孔庭。比如一些很長的對象尺上；
  • 當(dāng)新建對象被該區(qū)中的對象引用時，或者引用了該區(qū)域中的對象圆到。

方法區(qū)

Java的方法區(qū)和Java的堆內(nèi)存一樣是被線程所共有的怎抛。它主要存放虛擬機(jī)加載的類信息、常量芽淡、靜態(tài)變量马绝、即時編譯產(chǎn)生的代碼等。

一些地方會將方法區(qū)合并到Java堆中一起去說吐绵。把它作為“永久代”迹淌。這在Hot-Spot虛擬機(jī)而言成立，但是一般來說是不成立的己单。

Java的方法區(qū)如果內(nèi)存不夠分配的話唉窃，也是會拋出OutOfMemoryError錯誤的。也就是如果加載過多類到方法區(qū)的話纹笼，可能會造成方法區(qū)內(nèi)存益處纹份。

對象的可到達(dá)性

在GC檢查對象的是否可以回收時，是根據(jù)對象是否可到達(dá)引用練頂端的GC Roots對象來判斷的廷痘。GC Roots對象一般是虛擬機(jī)棧中變量表中引用的對象蔓涧、類靜態(tài)屬性引用的對象、常量對象笋额、JNI傳到底層的對象元暴。就是說，一個對象如果溯源不到這幾種類型的對象的話兄猩，就認(rèn)為它是無法到達(dá)的茉盏，那么它將會在GC時被回收。

新的引用類型

在JDK 1.2之后枢冤，Java擴(kuò)充了4種引用類型定義：

強(qiáng)應(yīng)用類型

即我們平時通過new關(guān)鍵字創(chuàng)建出來的的對象的引用鸠姨，只要強(qiáng)引用還存在，那么這些對象就一定不回被回收淹真，即使時拋出OutOfMemoryError讶迁。什么時候強(qiáng)引用會不存在呢？當(dāng)一個方法執(zhí)行完核蘸，棧幀中的變量表將會被清理巍糯，在該方法中創(chuàng)建使用的臨時強(qiáng)引用就會被清理掉啸驯，之后，原本它指向的對象就被變的不可到達(dá)鳞贷。

軟引用類型

用來描述一些有用但不是必須的對象坯汤，即通過SoftReference創(chuàng)建的對象，它們將會在原本確定要發(fā)生內(nèi)存溢出前的一次GC中被回收搀愧，如果回收完內(nèi)存還是不夠，Java堆就會拋出OutOfMemoryError錯誤疆偿。就是說咱筛，在觸發(fā)內(nèi)存溢出發(fā)生前，這些對象是和強(qiáng)引用一樣杆故，只要引用還在迅箩，就不會被回收。

弱引用類型

用來描述一些不必須的對象处铛，即通過WeakReference創(chuàng)建的對象饲趋。弱引用對象的生命周期只有一次GC。

虛引用類型

一個對象的存在與否完全不受虛引用的影響撤蟆，它唯一的用處就是可以用來監(jiān)測一個對象是否被回收奕塑。

方法區(qū)中的-運(yùn)行時常量池

運(yùn)行時常量池主要存放類中編譯時期生成的常量，當(dāng)然也可以動態(tài)的往里面添加家肯。

比如：

"abc".intern();

這個方法首先會檢查運(yùn)行時常量池中是否有這個字符串龄砰，有的話取出來用，沒有的話生成一個并存到常量池中讨衣。

再比如换棚，運(yùn)行過程中生成通過static修飾的String時，也會加入到常量池中反镇。對于String而言固蚤，常量 + 常量 生成的也是常量，但是常量 + 變量 生成的就是變量了歹茶。

關(guān)于Dalvik虛擬機(jī)

Dalvik虛擬機(jī)是Google按照J(rèn)VM虛擬機(jī)規(guī)范定制的虛擬機(jī)夕玩，它更符合移動設(shè)備的環(huán)境要求。與標(biāo)準(zhǔn)虛擬機(jī)不同：

• Dalvik編譯生成的是.dex文件辆亏，這種格式的文件體積更小风秤。而JVM規(guī)范的是.class文件。
• Dalvik虛擬機(jī)是基于寄存器的扮叨，而JVM規(guī)范是基于棧的缤弦，所以速度方面會有優(yōu)勢。比如上面的說的標(biāo)準(zhǔn)Java虛擬機(jī)中彻磁，它的虛擬機(jī)棧就為線程的運(yùn)行提供了服務(wù)碍沐。而Dalvik虛擬機(jī)中狸捅，使用寄存器去儲存運(yùn)行指令，同時寄存器也提供了程序計數(shù)器累提。寄存器是處理器的一部分哦尘喝！
• Dalvik虛擬機(jī)允許在內(nèi)存中創(chuàng)建都個實例，以隔離不同的應(yīng)用程序斋陪。這樣朽褪，當(dāng)一個應(yīng)用程序在自己的進(jìn)程中崩潰后，不會影響其它進(jìn)程的運(yùn)行无虚。

關(guān)于ART虛擬機(jī)

ART虛擬機(jī)在Android 5.0以后是被默認(rèn)開啟的缔赠，此時Dalvik已經(jīng)被Google放棄維護(hù)了。它與Dalvik虛擬機(jī)的不同：

• ART虛擬機(jī)在應(yīng)用程序安裝時就會把字節(jié)碼通過dex2oat工具直接轉(zhuǎn)成機(jī)器碼儲存友题，這個過程叫做AOT（Ahead-Of-Time）嗤堰。而Dalvik是在每次啟動應(yīng)用程序時，通過傳統(tǒng)的JIT（JUST IN TIME）模式將字節(jié)碼轉(zhuǎn)成機(jī)器碼度宦。顯然踢匣，這樣速度會慢不少。當(dāng)然戈抄，ART虛擬機(jī)的占用內(nèi)存也會更大些离唬。
• ART虛擬機(jī)在進(jìn)行GC時采用了并法的模式。
  • 在傳統(tǒng)的GC模式下呛凶，當(dāng)虛擬機(jī)觸發(fā)一次GC男娄，會先暫停所有線程，然后檢查所有對象漾稀，將符合回收條件的對象進(jìn)行標(biāo)記模闲，然后進(jìn)行回收，最后再恢復(fù)線程崭捍，這樣的話gc速度會快些尸折，但是遇到內(nèi)存抖動，就會卡頓了殷蛇。同時实夹，傳統(tǒng)的GC算法導(dǎo)致了【內(nèi)存碎片化】嚴(yán)重，在一次回收后粒梦，很多內(nèi)存塊都會出現(xiàn)不連續(xù)的情況亮航，這樣會導(dǎo)致尋址變得困難，從而拖慢程序運(yùn)行速度匀们。
  • 而ART虛擬的垃圾回收算法允許GC時對對象的標(biāo)記和一些對象的清理工作并發(fā)進(jìn)行缴淋。同時，ART引入了【移動垃圾回收器】技術(shù)，使得碎片化內(nèi)存能夠被對齊重抖，從而能稍微節(jié)約一些內(nèi)存空間露氮。

總結(jié)

• Heap Segment被劃分為兩塊：Young Generiation和Old Generiation。
• Young Genertiation中又被劃分為Eden區(qū)和兩個Survivor區(qū)钟沛，對象在其中采用標(biāo)記復(fù)制算法來判定一個對象是應(yīng)該清理還是移到Old Generiation中畔规。該內(nèi)存區(qū)域發(fā)生GC的頻率較高。
• Old Generiation發(fā)生GC的頻率相對較低恨统。當(dāng)有大對象被創(chuàng)建叁扫，或者和該區(qū)域有關(guān)的對象被創(chuàng)建時，它將會被直接移動到該區(qū)域中畜埋。

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