一、Java內(nèi)存結(jié)構(gòu)

file

1加派、Java堆（Java Heap）

java堆是java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊叫确，是被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)建芍锦。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對象實(shí)例竹勉，這一點(diǎn)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中的描述是：所有的對象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配。

java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域娄琉，因此也被成為“GC堆”（Garbage Collected Heap）次乓。從內(nèi)存回收角度來看java堆可分為：新生代和老生代吓歇。從內(nèi)存分配的角度看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer票腰，TLAB）照瘾。無論怎么劃分，都與存放內(nèi)容無關(guān)丧慈，無論哪個(gè)區(qū)域，存儲(chǔ)的都是對象實(shí)例主卫，進(jìn)一步的劃分都是為了更好的回收內(nèi)存逃默，或者更快的分配內(nèi)存。

根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定簇搅，java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中完域。當(dāng)前主流的虛擬機(jī)都是可擴(kuò)展的（通過 -Xmx 和 -Xms 控制）。如果堆中沒有內(nèi)存完成實(shí)例分配瘩将，并且堆也無法再擴(kuò)展時(shí)吟税，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

2姿现、Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）

java虛擬機(jī)也是線程私有的肠仪，它的生命周期和線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表备典、操作數(shù)棧异旧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息提佣。

咱們常說的堆內(nèi)存吮蛹、棧內(nèi)存中，棧內(nèi)存指的就是虛擬機(jī)棧拌屏。局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類型（8個(gè)基本數(shù)據(jù)類型）潮针、對象引用（地址指針）、returnAddress類型倚喂。

局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配每篷。在運(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小。

這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀態(tài)：如果線程請求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度务唐，則拋出StackOverflowError異常雳攘；如果虛擬機(jī)棧可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展枫笛，在擴(kuò)展是無法申請到足夠的內(nèi)存吨灭，就會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

3刑巧、本地方法棧（Native Method Stack）

本地方法棧與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮作用非常相似喧兄，它們之間的區(qū)別不過是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)无畔，而本地方法棧則為虛擬機(jī)使用到的native方法服務(wù)。本地方法棧也是拋出兩個(gè)異常吠冤。

4浑彰、方法區(qū)（Method Area）

方法區(qū)與java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域拯辙，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類信息郭变、常量、靜態(tài)變量涯保、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)诉濒。它有個(gè)別命叫Non-Heap（非堆）。當(dāng)方法區(qū)無法滿足內(nèi)存分配需求時(shí)夕春，拋出OutOfMemoryError異常未荒。

5、直接內(nèi)存（Direct Memory）

直接內(nèi)存不是虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的一部分及志，也不是java虛擬機(jī)規(guī)范中定義的內(nèi)存區(qū)域片排。但這部分區(qū)域也唄頻繁使用，而且也可能導(dǎo)致OutOfMemoryError異常
在JDK1.4中新加入的NIO（New Input/Output）類速侈，引入了一種基于通道（Channel）與緩沖區(qū)（Buffer）的I/O方式率寡，它可以使用Native函數(shù)庫直接分配堆外內(nèi)存，然后通過一個(gè)存儲(chǔ)在java堆中的DirectByteBuffer對象作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作倚搬。

6勇劣、運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）

運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分。Class文件中除了有類的版本潭枣、字段比默、方法、接口等描述信息外盆犁，還有一項(xiàng)信息是常量池命咐，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在加載后進(jìn)入方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中存放谐岁。

7醋奠、程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）

程序計(jì)數(shù)器是一塊較小的內(nèi)存空間，它可以看作是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器伊佃。
由于Java虛擬機(jī)的多線程是通過線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來實(shí)現(xiàn)的窜司，一個(gè)處理器都只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令。因此航揉，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置塞祈，每條線程都有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各個(gè)線程之間計(jì)數(shù)器互不影響帅涂，獨(dú)立存儲(chǔ)议薪。稱之為“線程私有”的內(nèi)存尤蛮。程序計(jì)數(shù)器內(nèi)存區(qū)域是虛擬機(jī)中唯一沒有規(guī)定OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

8斯议、執(zhí)行引擎

虛擬機(jī)核心的組件就是執(zhí)行引擎产捞，它負(fù)責(zé)執(zhí)行虛擬機(jī)的字節(jié)碼，一般戶先進(jìn)行編譯成機(jī)器碼后執(zhí)行哼御。

9坯临、垃圾收集系統(tǒng)

垃圾收集系統(tǒng)是Java的核心，也是不可少的恋昼，Java有一套自己進(jìn)行垃圾清理的機(jī)制尿扯，開發(fā)人員無需手工清理

二、垃圾回收機(jī)制算法分析

1焰雕、什么是垃圾回收機(jī)制

不定時(shí)去堆內(nèi)存中清理不可達(dá)對象。不可達(dá)的對象并不會(huì)馬上就會(huì)直接回收芳杏， 垃圾收集器在一個(gè)Java程序中的執(zhí)行是自動(dòng)的矩屁，不能強(qiáng)制執(zhí)行，即使程序員能明確地判斷出有一塊內(nèi)存已經(jīng)無用了爵赵，是應(yīng)該回收的吝秕，程序員也不能強(qiáng)制垃圾收集器回收該內(nèi)存塊。程序員唯一能做的就是通過調(diào)用System.gc 方法來"建議"執(zhí)行垃圾收集器空幻，但其是否可以執(zhí)行烁峭，什么時(shí)候執(zhí)行卻都是不可知的。這也是垃圾收集器的最主要的缺點(diǎn)秕铛。

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        test = null;
        System.gc(); // 手動(dòng)回收垃圾
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        // gc回收垃圾之前調(diào)用
        System.out.println("垃圾回收機(jī)制...");
    }
}

2约郁、finalize方法作用

Java技術(shù)使用finalize()方法在垃圾收集器將對象從內(nèi)存中清除出去前，做必要的清理工作但两。這個(gè)方法是由垃圾收集器在確定這個(gè)對象沒有被引用時(shí)對這個(gè)對象調(diào)用的鬓梅。它是在Object類中定義的，因此所有的類都繼承了它谨湘。子類覆蓋finalize()方法以整理系統(tǒng)資源或者執(zhí)行其他清理工作绽快。finalize()方法是在垃圾收集器刪除對象之前對這個(gè)對象調(diào)用的。

3紧阔、新生代與老年代

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一塊內(nèi)存空間坊罢，主要用于存放各種類的實(shí)例對象。
在 Java 中擅耽，堆被劃分成兩個(gè)不同的區(qū)域：新生代 ( Young )活孩、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被劃分為三個(gè)區(qū)域：Eden乖仇、From Survivor诱鞠、To Survivor挎挖。

這樣劃分的目的是為了使 JVM 能夠更好的管理堆內(nèi)存中的對象，包括內(nèi)存的分配以及回收航夺。

堆的內(nèi)存模型大致為：

file

默認(rèn)的蕉朵，新生代 ( Young ) 與老年代 ( Old ) 的比例的值為 1:2 ( 該值可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 來指定 )，即：新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空間大小阳掐。老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空間大小始衅。其中，新生代 ( Young ) 被細(xì)分為 Eden 和 兩個(gè) Survivor 區(qū)域缭保，這兩個(gè) Survivor 區(qū)域分別被命名為 from 和 to汛闸，以示區(qū)分。

默認(rèn)的艺骂，Eden : from : to = 8 : 1 : 1 ( 可以通過參數(shù) –XX:SurvivorRatio 來設(shè)定 )诸老，即： Eden = 8/10 的新生代空間大小，from = to = 1/10 的新生代空間大小钳恕。

根據(jù)垃圾回收機(jī)制的不同别伏，Java堆有可能擁有不同的結(jié)構(gòu)，最為常見的就是將整個(gè)Java堆分為

新生代和老年代忧额。其中新生帶存放新生的對象或者年齡不大的對象途事，老年代則存放老年對象电爹。

新生代分為den區(qū)气嫁、s0區(qū)母市、s1區(qū)，s0和s1也被稱為from和to區(qū)域托嚣，他們是兩塊大小相等并且可以互相角色的空間巩检。

絕大多數(shù)情況下，對象首先分配在eden區(qū)示启，在新生代回收后碴巾，如果對象還存活，則進(jìn)入s0或s1區(qū)丑搔，之后每經(jīng)過一次

新生代回收厦瓢，如果對象存活則它的年齡就加1，對象達(dá)到一定的年齡后啤月，則進(jìn)入老年代煮仇。

三、如何判斷對象是否存活

1谎仲、引用計(jì)數(shù)法

概念
引用計(jì)數(shù)法就是如果一個(gè)對象沒有被任何引用指向浙垫，則可視之為垃圾。這種方法的缺點(diǎn)就是不能檢測到環(huán)的存在。
首先需要聲明夹姥，至少主流的Java虛擬機(jī)里面都沒有選用引用計(jì)數(shù)算法來管理內(nèi)存杉武。
什么是引用計(jì)數(shù)算法：給對象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)辙售，計(jì)數(shù)器值加１轻抱；當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器值減１.任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器值為０的對象就是不可能再被使用的旦部。那為什么主流的Java虛擬機(jī)里面都沒有選用這種算法呢祈搜？其中最主要的原因是它很難解決對象之間相互循環(huán)引用的問題。

2士八、根搜索算法

概念
根搜索算法的基本思路就是通過一系列名為”GC Roots”的對象作為起始點(diǎn)容燕，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈(Reference Chain)婚度，當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)蘸秘，則證明此對象是不可用的。

這個(gè)算法的基本思想是通過一系列稱為“GC Roots”的對象作為起始點(diǎn)蝗茁，從這些節(jié)點(diǎn)向下搜索醋虏，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有任何引用鏈（即GC Roots到對象不可達(dá)）時(shí)评甜，則證明此對象是不可用的。

那么問題又來了仔涩，如何選取GCRoots對象呢忍坷？在Java語言中，可以作為GCRoots的對象包括下面幾種：

• (1). 虛擬機(jī)棧（棧幀中的局部變量區(qū)熔脂，也叫做局部變量表）中引用的對象佩研。
• (2). 方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對象。
• (3). 方法區(qū)中常量引用的對象霞揉。
• (4). 本地方法棧中JNI(Native方法)引用的對象旬薯。

下面給出一個(gè)GCRoots的例子，如下圖适秩，為GCRoots的引用鏈绊序。

file

file

user3和user5沒有引用鏈

根搜索算法的基本思路就是通過一系列名為”GC Roots”的對象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索秽荞，搜索所走過的路徑稱為引用鏈(Reference Chain)骤公，當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對象是不可用的扬跋。

四阶捆、垃圾回收機(jī)制策略

1、標(biāo)記清除算法

概念

該算法有兩個(gè)階段。

• 1. 標(biāo)記階段：找到所有可訪問的對象洒试，做個(gè)標(biāo)記
• 2. 清除階段：遍歷堆倍奢，把未被標(biāo)記的對象回收

應(yīng)用場景

該算法一般應(yīng)用于老年代,因?yàn)槔夏甏膶ο笊芷诒容^長。

優(yōu)缺點(diǎn)

標(biāo)記清除算法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

• 1.優(yōu)點(diǎn)
  • 是可以解決循環(huán)引用的問題
  • 必要時(shí)才回收(內(nèi)存不足時(shí))
• 2.缺點(diǎn)：
  • 回收時(shí)垒棋，應(yīng)用需要掛起卒煞，也就是stop the world。
  • 標(biāo)記和清除的效率不高捕犬，尤其是要掃描的對象比較多的時(shí)候
  • 會(huì)造成內(nèi)存碎片(會(huì)導(dǎo)致明明有內(nèi)存空間,但是由于不連續(xù),申請稍微大一些的對象無法做到),

2跷坝、復(fù)制算法

概念

如果jvm使用了coping算法，一開始就會(huì)將可用內(nèi)存分為兩塊碉碉，from域和to域柴钻， 每次只是使用from域，to域則空閑著垢粮。當(dāng)from域內(nèi)存不夠了贴届，開始執(zhí)行GC操作，這個(gè)時(shí)候蜡吧，會(huì)把from域存活的對象拷貝到to域,然后直接把from域進(jìn)行內(nèi)存清理毫蚓。

應(yīng)用場景

coping算法一般是使用在新生代中，因?yàn)樾律械膶ο笠话愣际浅λ赖奈羯疲婊顚ο蟮臄?shù)量并不多元潘，這樣使用coping算法進(jìn)行拷貝時(shí)效率比較高。jvm將Heap 內(nèi)存劃分為新生代與老年代君仆，又將新生代劃分為Eden(伊甸園) 與2塊Survivor Space(幸存者區(qū)) ,然后在Eden –>Survivor Space 以及From Survivor Space 與To Survivor Space 之間實(shí)行Copying 算法翩概。 不過jvm在應(yīng)用coping算法時(shí)，并不是把內(nèi)存按照1:1來劃分的返咱，這樣太浪費(fèi)內(nèi)存空間了钥庇。一般的jvm都是8:1。也即是說,Eden區(qū):From區(qū):To區(qū)域的比例是

始終有90%的空間是可以用來創(chuàng)建對象的,而剩下的10%用來存放回收后存活的對象咖摹。

file

• 1评姨、當(dāng)Eden區(qū)滿的時(shí)候,會(huì)觸發(fā)第一次young gc,把還活著的對象拷貝到Survivor From區(qū)；當(dāng)Eden區(qū)再次觸發(fā)young gc的時(shí)候,會(huì)掃描Eden區(qū)和From區(qū)域,對兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行垃圾回收,經(jīng)過這次回收后還存活的對象,則直接復(fù)制到To區(qū)域,并將Eden和From區(qū)域清空萤晴。
• 2吐句、當(dāng)后續(xù)Eden又發(fā)生young gc的時(shí)候,會(huì)對Eden和To區(qū)域進(jìn)行垃圾回收,存活的對象復(fù)制到From區(qū)域,并將Eden和To區(qū)域清空。
• 3店读、可見部分對象會(huì)在From和To區(qū)域中復(fù)制來復(fù)制去,如此交換15次(由JVM參數(shù)MaxTenuringThreshold決定,這個(gè)參數(shù)默認(rèn)是15),最終如果還是存活,就存入到老年代

注意: 萬一存活對象數(shù)量比較多蕴侧，那么To域的內(nèi)存可能不夠存放，這個(gè)時(shí)候會(huì)借助老年代的空間两入。

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn):在存活對象不多的情況下净宵，性能高，能解決內(nèi)存碎片和java垃圾回收算法之-標(biāo)記清除 中導(dǎo)致的引用更新問題。
• 缺點(diǎn): 會(huì)造成一部分的內(nèi)存浪費(fèi)择葡。不過可以根據(jù)實(shí)際情況紧武，將內(nèi)存塊大小比例適當(dāng)調(diào)整；如果存活對象的數(shù)量比較大敏储，coping的性能會(huì)變得很差阻星。

3、標(biāo)記壓縮算法

標(biāo)記清除算法和標(biāo)記壓縮算法非常相同已添，但是標(biāo)記壓縮算法在標(biāo)記清除算法之上解決內(nèi)存碎片化

概念

file

壓縮算法簡單介紹

• 任意順序 : 即不考慮原先對象的排列順序妥箕，也不考慮對象之間的引用關(guān)系，隨意移動(dòng)對象更舞；
• 線性順序 : 考慮對象的引用關(guān)系畦幢，例如a對象引用了b對象，則盡可能將a和b移動(dòng)到一塊缆蝉；
• 滑動(dòng)順序 : 按照對象原來在堆中的順序滑動(dòng)到堆的一端宇葱。

優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn):解決內(nèi)存碎片問題，
• 缺點(diǎn)：壓縮階段刊头，由于移動(dòng)了可用對象黍瞧，需要去更新引用。

4原杂、Minor GC和Full GC區(qū)別

概念：

新生代 GC（Minor GC）：指發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作印颤，因?yàn)?Java 對象大多都具
備朝生夕滅的特性，所以 Minor GC 非常頻繁穿肄，一般回收速度也比較快年局。

老年代 GC（Major GC / Full GC）：指發(fā)生在老年代的 GC，出現(xiàn)了 Major GC被碗，經(jīng)常
會(huì)伴隨至少一次的 Minor GC（但非絕對的某宪，在 ParallelScavenge 收集器的收集策略里
就有直接進(jìn)行 Major GC 的策略選擇過程） 仿村。MajorGC 的速度一般會(huì)比 Minor GC 慢 10
倍以上锐朴。

Minor GC觸發(fā)機(jī)制：

當(dāng)年輕代滿時(shí)就會(huì)觸發(fā)Minor GC，這里的年輕代滿指的是Eden代滿蔼囊，Survivor滿不會(huì)引發(fā)GCFull GC觸發(fā)機(jī)制：

當(dāng)年老代滿時(shí)會(huì)引發(fā)Full GC焚志，F(xiàn)ull GC將會(huì)同時(shí)回收年輕代、年老代畏鼓，當(dāng)永久代滿時(shí)也會(huì)引發(fā)Full GC酱酬，會(huì)導(dǎo)致Class、Method元信息的卸載其中

Minor GC如下圖所示

虛擬機(jī)給每個(gè)對象定義了一個(gè)對象年齡（Age）計(jì)數(shù)器云矫。如果對象在 Eden 出生并經(jīng)過第一次 Minor GC 后仍然存活膳沽，并且能被 Survivor 容納的話，將被移動(dòng)到 Survivor 空間中，并將對象年齡設(shè)為 1挑社。對象在 Survivor 區(qū)中每熬過一次 Minor GC陨界，年齡就增加 1 歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度（默認(rèn)為 15 歲）時(shí)痛阻，就會(huì)被晉升到老年代中菌瘪。對象晉升老年代的年齡閾值，可以通過參數(shù) -XX:MaxTenuringThreshold (閾值)來設(shè)置阱当。

file

JVM的永久代中會(huì)發(fā)生垃圾回收么俏扩？

垃圾回收不會(huì)發(fā)生在永久代，如果永久代滿了或者是超過了臨界值弊添，會(huì)觸發(fā)完全垃圾回收(Full GC)录淡。如果你仔細(xì)查看垃圾收集器的輸出信息，就會(huì)發(fā)現(xiàn)永久代也是被回收的表箭。這就是為什么正確的永久代大小對避免Full GC是非常重要的原因赁咙。請參考下Java8：從永久代到元數(shù)據(jù)區(qū)
(注：Java8中已經(jīng)移除了永久代，新加了一個(gè)叫做元數(shù)據(jù)區(qū)的native內(nèi)存區(qū))

5免钻、分代算法

概述

這種算法彼水，根據(jù)對象的存活周期的不同將內(nèi)存劃分成幾塊，新生代和老年代极舔，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ǚ锔病？梢杂米ブ攸c(diǎn)的思路來理解這個(gè)算法拆魏。
新生代對象朝生夕死,對象數(shù)量多盯桦，只要重點(diǎn)掃描這個(gè)區(qū)域，那么就可以大大提高垃圾收集的效率渤刃。另外老年代對象存儲(chǔ)久拥峦，無需經(jīng)常掃描老年代，避免掃描導(dǎo)致的開銷卖子。

新生代

在新生代略号，每次垃圾收集器都發(fā)現(xiàn)有大批對象死去，只有少量存活洋闽，采用復(fù)制算法玄柠，只需要付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以完成收集；

老年代

而老年代中因?yàn)閷ο蟠婊盥矢呓刖恕]有額外空間對它進(jìn)行分配擔(dān)保羽利，就必須“標(biāo)記－清除-壓縮”算法進(jìn)行回收。參看java垃圾回收算法之-標(biāo)記_清除壓縮

新創(chuàng)建的對象被分配在新生代刊懈，如果對象經(jīng)過幾次回收后仍然存活这弧，那么就把這個(gè)對象劃分到老年代娃闲。

老年代區(qū)存放Young區(qū)Survivor滿后觸發(fā)minor GC后仍然存活的對象，當(dāng)Eden區(qū)滿后會(huì)將存活的對象放入Survivor區(qū)域匾浪，如果Survivor區(qū)存不下這些對象畜吊，GC收集器就會(huì)將這些對象直接存放到Old區(qū)中，如果Survivor區(qū)中的對象足夠老户矢，也直接存放到Old區(qū)中玲献。如果Old區(qū)滿了，將會(huì)觸發(fā)Full GC回收整個(gè)堆內(nèi)存梯浪。

個(gè)人博客 蝸牛