淺談Java的內存分配和垃圾回收

此文爲本人閱讀了《深刻理解Java虛擬機》的內存管理部分知識所整理的較簡要的讀書筆記。

自動內存管理機制部分：

①運行時數據區分爲：程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧、方法區、堆。其中程序計數器、虛擬棧、本地方法棧是線程隔離的，方法區、堆是線程共享的。

②程序計數器：當前線程所執行的字節碼和行號指示器。若當前執行的是一個Java方法，這個計數器記錄的是正在執行的虛擬機的字節碼指令地址，若執行的是Native方法這個計數器爲空。此區域是惟一沒有規定任何OOM Error狀況的區域。

③虛擬機棧：描述Java方法執行的內存模型，每一個方法執行時會建立一個棧幀，用於存儲局部變量表、操做數棧、動態連接、方法出口等信息。棧的深度分爲固定的和可動態擴展的，若棧深度固定，當線程請求大於虛擬機容許深度拋出StackOverflowError異常，如果動態擴展的，當擴展到沒法申請足夠內存時拋出OutOfMemoryError異常。

④本地方法棧：與虛擬機棧相似，只不過是爲Native方法服務的。也會拋出StackOverflowError異常和OutOfMemoryError異常。

⑤堆：JVM管理的內存中最大的一塊區域，建立實例和GC操做在這個區，分爲新生代、老年代。實例分配過多沒法擴展時拋出OOM Error異常。

⑥方法區：用於存放類信息、常量、靜態變量、即時編譯器編譯後的代碼等數據。JDK 1.7以前將方法區做爲"永生代"做爲堆的一部分，這樣GC操做也能清理這個區域，但因爲方法區的清理效率很低，很容易形成OOM Error的BUG，因此在JDK 1.7開始去除了永生代將方法區做爲非堆的一部分。這個區域包括了運行時常量池。

⑦直接內存：不是虛擬機運行時數據區的一部分，但被頻繁使用。NIO的I/O方式使用Native函數庫直接分配對外內存。配置虛擬機忽略直接內存時，使得內存區域大於物理內存會致使OOM Error異常。

 

垃圾收集器與內存分配策略部分

①判斷對象是否「已死」的方法有：A.引用計數法，被引用時計數加一，取消引用時計數減一，爲零時判爲已死。優勢是簡單高效，缺點存在循環引用的問題。B.可達性分析方法：從GC Root(虛擬機棧中的引用的對象、方法區中類靜態屬性引用的對象、方法區中常量引用的對象、本地方法棧中JNI引用的對象。)的可達樹向下遍歷，最後不可達的對象就是已死的。
②「已死」對象並不會當即死亡：當經過GC Root判斷不可達會被標記一個「死亡」標記，而後進行一次篩選，若標記了「死亡」標記的對象沒有必要執行的finalize方法（沒有覆蓋finalize()方法或finalize()已被執行），則會進行第二次標記並進行回收，不然將此對象放入一個隊列，執行隊列裏全部對象的finallize方法(不必定等該方法執行完)。在這個finalize方法中對象能夠作一些復活的操做(好比從新連上引用，但不建議)，若該對象復活則移出隊列，以後再進行第二次標記操做時，而後被回收。

③方法區被用做永生代時能夠被GC，可是方法區的GC性價比很低，效率很低(JDK 1.7的JVM不在將方法區用做永生代)。回收時通常回收廢棄的常量和無用的類（該類實例已被回收、類加載器被回收、Class對象沒被其餘任何地方引用）

④垃圾回收算法：

A.標記-清除算法：最基礎的回收算法，標記可回收的對象再清楚，缺點效率低容易產生碎片。

B.複製算法：將內存分配大小一致的兩塊，用的時候只用其中一塊另外一塊保留，當這一塊用完之後將仍存活的對象對齊複製到另外一保留塊上，清理原來塊上的內存，簡單高效但內存代價過高。此爲新生代回收算法，將內存分爲較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，回收時將Eden和其中一塊Survivor存活的對象複製到另外一塊Survivor上，若另外一塊Survivor裝不下就轉移到老年代中。

C.標記-整理算法：是將可回收對象標記之後對存活對象進行整理，在對邊界的標記對象進行清理，解決碎片問題。

D.分代收集算法：年輕代對象很快死去故使用複製算法，老年代不容易死去使用標記-清理或者標記-整理算法。

⑤垃圾收集器：

A.Serial收集器：「單線程「的新生代收集器，要停下全部的用戶線程，而後專門進行收集，雖然要停頓，可是在不復雜狀況下暫可接受。

B.ParNew收集器：即Serial的多線程版本，也是新生代收集器，仍要停掉全部用戶線程而後開啓多個線程進行垃圾收集，能CMS收集器配合工做。

C.Parallel Scavenge 收集器：與ParNew收集器類似，不一樣點是Parallel Scavenge能夠設置自適應調節策略看控制吞吐量。

D.Serial Old收集器：Serial的老年代版本。

E.Parallel Old收集器：Parallel Scavenge的老年代版本。

F.CMS收集器(Concurrent Mark Sweep)：基於標記-清楚，以最短的回收停頓，分爲初始標記(要暫停全部用戶線程並單線程標記GC Root)、併發標記(能夠和用戶線程併發進行GC Root Trace)、從新標記(暫停全部用戶線程並多線程修正一些標記)、併發清理(與用戶線程併發進行)四個階段，缺點：對CPU資源敏感、沒法處理浮動垃圾、會產生碎片。

G.G1收集器：工做在整個堆上，不分新生代和老年代而是將對分爲不少個Region(每一個Region中也有新生代和老年代的概念)根據每一個Region的垃圾堆積的價值大小進行回收，優先回收最大的Region。分爲初試標記(停用戶線程的單線程)、併發標記、最終標記(聽用戶的多線程)、篩選回收(停用戶的多線程)四個階段。具備並行與併發、分帶手機、空間整合、可預測停頓等特色。