JVM-內存分配與回收

1、內存分佈

Java虛擬機所管理的內存將會包括如下幾個運行時數據區域，以下圖所示：

本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機棧所發揮的做用是很是類似的，其區別不過是虛擬機棧爲虛擬機執行Java方法（也就是字節碼）服務，而本地方法棧則是爲虛擬機使用到的Native方法服務。虛擬機規範中對本地方法棧中的方法使用的語言、使用方式與數據結構並無強制規定，所以具體的虛擬機能夠自由實現它。甚至有的虛擬機（譬如Sun HotSpot虛擬機）直接就把本地方法棧和虛擬機棧合二爲一。與

虛擬機棧同樣，本地方法棧區域也會拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

（我的理解：虛擬機棧就是一般所說的棧，本地方法棧服務於native方法）

運行時常量池

運行時常量池（Runtime Constant Pool）是方法區的一部分。Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，還有一項信息是常量池（Constant Pool Table），用於存放編譯期生成的各類字面量和符號引用，這部份內容將在類加載後存放到方法區的運行時常量池中。

直接內存（Direct Memory）

直接內存並非JVM管理的內存，但這部份內存常常被使用，也可能致使OutOfMemoryError異常。

JDK中有一種基於通道（Channel）和緩衝區（Buffer）的I/O方式，將由C語言實現的native函數庫直接分配堆外內存，用存儲在JVM堆中的DirectByteBuffer來引用。因爲直接內存收到本機器內存的限制，因此也可能出現OutOfMemoryError的異常。

2、須要回收的區域和對象

回收區域：堆和方法區

如何判斷一個對象已死（便可回收對象），通常有引用計數算法和可達性分析算法

一、引用計數算法：每一個對象都有一個引用計數器，每當有一個地方引用它時計數器就加1，引用失效時計數器就減1，當計數器爲0時，該對象就能夠回收。缺點是循環引用對象不能被回收。

二、可達性分析算法：一系列「GC ROOTs」的對象做爲起點，當某個對象與GC ROOTS不可達時，該對象即被判斷爲可回收對象。能夠做爲GC ROOTs對象的有如下幾種：

三、擴充的引用

引用分爲四種：（不會被回收的，可回收也可不回收，確定會被回收、不須要理會的）

  a> 強引用(Strong Reference).就是爲剛被new出來的對象所加的引用，它的特色就是，永遠不會被回收。

  b> 軟引用(Soft Reference).聲明爲軟引用的類，是可被回收的對象，若是JVM內存並不緊張，這類對象能夠不被回收，若是內存緊張，則會被回收。此處有一個問題，既然被引用爲軟引用的對象能夠回收，爲何不去回收呢？其實咱們知道，Java中是存在緩存機制的，就拿字面量緩存來講，有些時候，緩存的對象就是當前無關緊要的，只是留在內存中若是還有須要，則不須要從新分配內存便可使用，所以，這些對象便可被引用爲軟引用，方便使用，提升程序性能。

 c> 弱引用(Weak Reference).弱引用的對象就是必定須要進行垃圾回收的，無論內存是否緊張，當進行GC時，標記爲弱引用的對象必定會被清理回收。

 d> 虛引用(Phantom Reference).虛引用弱的能夠忽略不計，JVM徹底不會在意虛引用，其惟一做用對象被回收時會收到一些通知。

四、對象回收處理過程

對象被回收前須要進行兩次標記過程。第一次是對象與GC Roots間不可達，即被第一次標記而且篩選該對象是否有必要執行finalize()方法，將篩選的對象放到一個執行隊列中，沒有必要執行finalize方法的對象會被回收；第二次僅對隊列中的對象進行標記，若是在執行finalize方法中將對象與GC ROOTS關聯上，則該對象將不會被回收，不然該對象將被回收。

3、內存分配

Java內存分配和回收的機制歸納的說，就是：分代分配，分代回收。對象將根據存活的時間被分爲：年輕代（Young Generation）、年老代（Old Generation）、永久代（Permanent Generation，也就是方法區）

年輕代（Young Generation）：對象被建立時，內存的分配首先發生在年輕代（大對象能夠直接 被建立在年老代），大部分的對象在建立後很快就再也不使用，所以很快變得不可達，因而被年輕代的GC機制清理掉（IBM的研究代表，98%的對象都是很快消 亡的），這個GC機制被稱爲Minor GC或叫Young GC。注意，Minor GC並不表明年輕代內存不足，它事實上只表示在Eden區上的GC。

年輕代上的內存分配是這樣的，年輕代能夠分爲3個區域：Eden區（伊甸園，亞當和夏娃偷吃禁果生娃娃的地方，用來表示內存首次分配的區域，再 貼切不過）和兩個存活區（Survivor 0 、Survivor 1）。內存分配過程爲：

1. 絕大多數剛建立的對象會被分配在Eden區，其中的大多數對象很快就會消亡。Eden區是連續的內存空間，所以在其上分配內存極快；
2. 當Eden區滿的時候，執行Minor GC，將消亡的對象清理掉，並將剩餘的對象複製到一個存活區Survivor0（此時，Survivor1是空白的，兩個Survivor總有一個是空白的）；
3. 此後，每次Eden區滿了，就執行一次Minor GC，並將剩餘的對象都添加到Survivor0；
4. 當Survivor0也滿的時候，將其中仍然活着的對象直接複製到Survivor1，之後Eden區執行Minor GC後，就將剩餘的對象添加Survivor1（此時，Survivor0是空白的）。
5. 當兩個存活區切換了幾回（HotSpot虛擬機默認15次，用-XX:MaxTenuringThreshold控制，大於該值進入老年代）以後，仍然存活的對象（其實只有一小部分，好比，咱們本身定義的對象），將被複制到老年代。

 

年老代（Old Generation）：對象若是在年輕代存活了足夠長的時間而沒有被清理掉（即在幾回 Young GC後存活了下來），則會被複制到年老代，年老代的空間通常比年輕代大，能存放更多的對象，在年老代上發生的GC次數也比年輕代少。當年老代內存不足時， 將執行Major GC，也叫 Full GC。

 

4、垃圾收集算法

一、標記-清除算法

分兩個階段，標記階段和清除階段。首選標記出全部須要回收的對象，標記完成後統一回收全部被標記的對象。

二、複製算法

將內存分爲大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊。當一塊內存用完了，就將活着的對象複製到另外一塊上面，最後一次性清除已使用過的內存空間。（通常新生代採用這種算法）

三、標記-整理算法

也是分爲兩個階段。第一個階段是標記，第二個階段是將全部存活對象移動到一端，而後直接清理掉邊界之外的內存。

四、分代收集算法

根據對象存活時間不一樣將內存分爲幾部分。通常將堆分爲新生代和年老代，根據年代的特色採用最適合的收集算法。例如，新生代通常採用複製算法，年老代採用標記-清除或者標記-整理算法。

5、JVM經常使用內存參數設置

a: -Xmx<n> 

指定 jvm 的最大 heap 大小 , 如 :-Xmx=2g 

 

b: -Xms<n> 

指定 jvm 的最小 heap 大小 , 如 :-Xms=2g ， 高併發應用， 建議和-Xmx同樣， 防止由於內存收縮／忽然增大帶來的性能影響。 

 

c: -Xmn<n> 

指定 jvm 中 New Generation 的大小 , 如 :-Xmn256m。 這個參數很影響性能， 若是你的程序須要比較多的臨時內存，建議設置到512M， 若是用的少， 儘可能下降這個數值， 通常來講128／256足以使用了。 

 

d: -XX:PermSize=<n> 

指定 jvm 中 Perm Generation 的最小值 , 如 :-XX:PermSize=32m。 這個參數須要看你的實際狀況，。能夠經過jmap 命令看看到底須要多少。 

 

e: -XX:MaxPermSize=<n> 

指定 Perm Generation 的最大值 , 如 :-XX:MaxPermSize=64m 

 

f: -Xss<n> 

指定線程桟大小 , 如 :-Xss128k， 通常來講，webx框架下的應用須要256K。 若是你的程序有大規模的遞歸行爲，請考慮設置到512K／1M。 這個須要全面的測試才能知道。 不過，256K已經很大了。 這個參數對性能的影響比較大的。 

 

g: -XX:NewRatio=<n> 

指定 jvm 中 Old Generation heap size 與 New Generation 的比例 , 在使用 CMS GC 的狀況下此參數失效 , 如 :-XX:NewRatio=2 

 

h: -XX:SurvivorRatio=<n> 

指 定 New Generation 中 Eden Space 與一個 Survivor Space 的 heap size 比例 ,-XX:SurvivorRatio=8, 那麼在總共 New Generation 爲 10m 的狀況下 ,Eden Space 爲 8m 

 

i: -XX:MinHeapFreeRatio=<n> 

指定 jvm heap 在使用率小於 n 的狀況下 ,heap 進行收縮 ,Xmx==Xms 的狀況下無效 , 如 :-XX:MinHeapFreeRatio=30 

 

j: -XX:MaxHeapFreeRatio=<n> 

指定 jvm heap 在使用率大於 n 的狀況下 ,heap 進行擴張 ,Xmx==Xms 的狀況下無效 , 如 :-XX:MaxHeapFreeRatio=70 

 

k: -XX:LargePageSizeInBytes=<n> 

指定 Java heap 的分頁頁面大小 , 如 :-XX:LargePageSizeInBytes=128m 

 

6、內存分配與回收策略

對象優先在Eden分配；

大對象直接進入老年代；（例如：長字符串和數組）

長期存活的對象將進入老年代；（Survivor空間中通過必定次數minor GC仍舊存活的對象）

動態對象年齡斷定；（Survivor空間中對象不必定非等到必定年齡才能移動到年老代，也能夠經過相同年齡對象總大小大於Survivor空間的一半，該年齡及以上大小的對象都被移動到年老代）

空間分配擔保；（根據年老代上的最大可用連續空間是否大於整個新生代對象的空間，若是大於能夠確保是安全的，能夠直接minor GC；若是不是根據狀況選擇minor GC仍是full GC）