Java内存分配及垃圾回收

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了Java内存分配及垃圾回收，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含7093字，纯文字阅读大概需要11分钟。

内容图文

一：Java虚拟机数据区组成

Java虚拟机数据区有五大部分组成，分别是：方法区、堆区、虚拟机堆栈区、本地方法区、程序计数器区，这五个部分分成两组，分别是：

（A）线程共享部分：

1.方法区：这个区域被各个线程共享使用，用来存储被虚拟机加载的类、常量、静态变量、即时编译后代码等信息，这个区域相对于【堆区】而言稳定很多，但仍然存在内存溢出的概率，本区会涉及到内存回收。

2.堆区：堆区是虚拟机中内存中占用最大的一部分，用来存储由各个线程运行时创建的各种非瞬时性的对象副本，因为涉及到多线程的同时使用（读取和写入），因此，这个区域是垃圾回收机制发挥主要作用的地方，也是最容易发生内存泄漏的地方，这个区域是内存管理的核心区域，内存管理的大部分功能都是围绕着这个区域的健康运行而设计的。

（B）线程独占部分：

3.虚拟机堆栈：这个区域其实就是单个线程的操作区，相当于线程这个工人的私人操作台。

4.本地方法栈：和虚拟机栈类似，只是Java虚拟机使用到的本地（非本虚拟机产生或者由其它语言产生的方法）方法提供服务的场所，类似于向其它厂商提供零件、接收其它厂商零件等等与配套厂商协作的场所。

5.程序计数器：这个区域用来记录单个线程在运行过程行号、跳转控制等等。

二、对象内存分配：

当虚拟机遇到new指令时，虚拟机会在方法区的常量池中去寻找这个类的引用标记，如果找到则进行分配内存，初始化变量等；如果没有找到，则会对这个类进行检查、把class文件编译后产生的有关类初始化的各种符号、标记存储于常量池中，然后进行类初始化工作。

判断对象是否存在方法：

1.引用计数器：

引用计数器方法原理为：将对象自身添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器+1，当引用失效时，计数器-1，任何时刻，计数器为0的对象说明不再被使用，进入被回收流程。这个方法的特点为算法简单，效率很高，但有一个致命的缺点：无法解决对象间相互引用的问题。

2.可达性分析：

这个算法的基本思路是，通过一系列的称之为“GC Roots”的对象作为起点，向下搜索对象，将可达到的对象称之为存活对象，将不可达对象视之为可回收对象。可回收对象进入回收流程。可视为“GC Roots”对象有：

（1）方法区中的静态变量、常量

（2）本地方法栈中引用对象

（3）虚拟机栈中引用的对象

对象之间的引用按强弱关系，分成四类：

1，强应用，类似这种：Object A = new Object();这种引用对象不会被回收，除非通过可达性分析认为对象已经不可达。

2，软引用，软引用对象在内存不够时才会被虚拟机回收。

3，弱引用，弱引用对象的生存概率更低，在虚拟机系统进行下一次垃圾回收时被回收。

4，虚引用，顾名思义很缥缈，虚幻，一般在虚拟机为了实现特定功能而使用，与日常开发关系不大。

内存对象存活与否需要经过两个阶段。第一阶段为经过可达性分析判断此对象已经不可达，此时对象处于被判缓刑阶段，仅仅进行了第一次标记，还不能进行垃圾回收。然后JVM进行判断，判断的依据是：对象是否覆盖了finalize()方法或者是否被执行过一次finalize()方法，倘若需要被认为执行finalize()方法，则虚拟机会在内部建立一个队列，在这个队列中要么被再次标记，并被销毁，要么会被重新引用，逃离死亡命运，重新返回存活状态。

三、垃圾回收算法分类：

1.标记清除算法。本算法分标记、清除两个阶段。首先标记出需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。算法主要存在两个缺陷，一是两个过程的效率不高，因为涉及到堆的扫描，这个过程很漫长。另一个是标记清除后，会产生大量的不连续碎片，导致后续需要分配大容量对象时，无法找到足够的连续内存而被迫进行另一次垃圾回收。这种算法是后续算法的基础，后续算法基本上都是围绕着改进本算法的不足而设计推出的。

2.复制算法。为了解决标记清除算法的碎片问题而推出的复制算法，可以说简单、粗暴、有效（跟西哲一脉相承）。该算法将可用内存等分成两部分，每次只使用其中一部分，当进行垃圾回收时，虚拟机将这部分中还存活的对象复制到另一区域中，将本区域清空待分配。这个算法特点是垃圾回收处理有些粗糙，不够细腻，每次回收都涉及到不等的内存复制动作。本算法应用在新生代垃圾回收。

 3.标记-整理算法。标记整理算法和标记清理算法类似，不同之处在于在清理阶段，清理完垃圾后，按照开销估算小的原则，将剩余的存活对象向一端移动，整理出大片连续的空闲内存，供以后内存分配使用。

4.分代收集算法。这个算法没有什么新的思想，可以说是一个综合性的算法。该算法将内存分成新生代&老年代。在新生代区域，每次垃圾回收时，若剩余少量的存活对象，则使用标记-复制算法。若存活对象较多则进行标记清除处理或者标记整理处理。在老年代区域，则由于存活对象一般较多，则采用标记-整理算法进行回收。

jvm回收采用分带收集算法。

四、HotSpot算法实现

1.什么是安全点？首先，目前的主流Java虚拟机基本上都是准确式GC，虚拟机通过OopMap这种数据结构来得知内存中，哪些地方存放着对象引用，在类加载完成后，Hotspot就能很精确地知道内存的什么位置存放着什么类型，多大内存占用的对象。这样一来，在GC回收时就可以直接判定哪些对象需要回收与否，而不需要再进行扫描，提高了GC效率。实际上，HotSpot也不会为每一条运行指令都生成OopMap，以加快程序的运行，而只是想程序运行到特定的位置来记录、生成OopMap信息，这些位置点即是安全点。简言之，安全点就是程序中由HotSpot指定的某些特定的位置，在这些位置，HotSpot生成OopMap数据结构，同时进行GC操作，在这些点，Java线程是短暂停止运行的。

2.安全区。安全区是在一段代码中，各种引用关系不发生变化的代码区域。在这个区域，各种引用关系保持稳定，不再发生变化，这样，当线程运行到安全区时首先会通过标识，向虚拟机声明自己已经进入安全区，这时，即使线程已经被挂起或者其他状态，那么虚拟机扔可以进行GC操作，而不必让线程继续运行到安全点再执行。安全区是安全点的扩展，相当于战争中的停火区间。而安全点相当于战争中的每一个休息时间点，虽然战事在进行，然而在这些安全点，大家都忙着吃饭、休息、打扫卫生，没人会继续。

几种垃圾收集器

Serial收集器。这是一种历史悠久的单线程收集器，主要负责新生代的垃圾收集，特点是简单、高效，如果虚拟机运行在Client模式下，用Serial收集器是个不错的选择。

ParNew收集器。这个收集器相当于是Serial收集器的多线程版本，也是用在新生代垃圾收集。

Parallel Scavenge收集器，这个收集器是新生代的另一种收集器，特点是可以可以达到一个可控制的吞吐量。吞吐量=运行客户代码时间 / (运行客户代码时间 + 垃圾收集时间)。

CMS收集器。CMS收集器是一种获取最短回收时间的垃圾收集器。由于目标明确，适用面广，因此很大一部分被用在Web服务器上。CMS收集器采用标记-清除算法实现，收集过程流程复杂。

G1收集器。最新的垃圾回收研究成果。用在新生代和老年代垃圾收集，是目前比较新的收集器。

五、内存分配和回收策略

1.新生代一般分两种区域结构。其一是Eden，new Object的内存分配一般会被对应在此，另一种是Servivor区域，此区域用来存储经过垃圾回收而幸存下来的对象。具体而言，新生代有三个区域划分，即：一个Eden区、两个Servivor区。在复制算法下，三个区域的大小分配一般为：8:1:1.当回收发生时，虚拟机将Eden和Servivor区域中还存活的对象一次性复制到另外一块Servivor区域内，最后清理掉Eden和和刚刚用过的Servivor区域。

2.一般不大的对象，直接分配在新生代的Eden区域上，如果区域空间不够，也会有少量对象分配在老年代区域中。这个区域内的对象寿命都很短，一般被采用标记-清除算法回收。

备注：由于各种资料缺少，此处描述模糊。自己推测为：一般对象会被分配到Eden区域，而其中一个Servivor用来存储上次幸存的对象，而另一个Servivor区域为空，等待下次垃圾收集时，存储更幸运的对象，而当内存分配时，如果Eden区域容量不够，根据内存担保原则，将对象分配在老年代（对象还属于新生代，只是借用老年代空间）。

3.大的对象直接分配在老年代。这个区域内对象相对于新生代而言，较稳定，寿命更长。这个区域一般采用标记-整理算法实现垃圾收集。

4.新生代对象和老年代对象关系。一般对象会分配在新生代，新生代进行垃圾收集时，如果对象未被收集，并且能被Servivor容纳，那么此对象会被转移到Servivor区域，自身的年龄设置为1，以此来推，每当对象熬过一次垃圾收集，自身对象就增加1，当对象增加到一定岁数（默认为15岁），对象就会被转移到老年代中。除此之外，还有一种情况，当Servivor区域中相同年龄的所有对象的大小总和 > Sevivor空间一半时，年龄>=此年龄的所有对象就可以直接进入老年代，而无需等到设置的岁数再被转移。

参考资料：深入理解Java虚拟机（第二版）

内容总结

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