Java内存区域

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分区

根据 “Java 虚拟机规范”, Java 虚拟机在执行 Java 程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域.

而其实一个 Java 程序可以理解为一个进程, 进程里面的资源共享即区分以下区域的私有和共享.

私有:

  • 程序计数器: 当前线程所执行的字节码的行号指示器.
  • 虚拟机栈(VM Stack): 每个方法在执行时会创建一个栈帧来存储局部变量表, 操作数栈, 动态链接, 方法出口等信息. 主要是局部变量表, 存储了各种基本数据类型和对象引用.
  • 本地方法栈(Native Method Stack): 对于 Native 方法的存储.

共享:

  • Java 堆: 几乎所有的对象示例都要在这里分配内存, 也是 GC 的主要管理区域.
  • 方法区: 存储虚拟机加载的类信息, 常量, 静态变量, JIT 编译之后的代码.

回收

GC 方案常见的是 引用计数法 和 根搜索算法.

  • 引用记数法: 给对象添加一个引用计数器, 被引用时计数器 +1, 引用失效时计数器 -1. 如果任何时刻计数器都为0, 那就不可能再被使用, 就可以被回收. 因为引用计数法在循环引用时会导致对象无法回收, 所以目前被弃用了.
  • 可达性算法: 目前认为比较成熟的算法, 即从 GC Roots 的对象作为起点, 向下搜索对象, 走过的路径称为引用链, 如果某个对象到 GC Roots 之间没有任何引用链, 那认为这个对象是不可达的, 它就可以被回收.

GC Roots 有以下几种:

  1. 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象.
  2. 方法区中类静态属性引用的对象.
  3. 方法区中常量引用的对象.
  4. 本地方法栈中 JNI 引用的对象.

对象引用

涉及到内存回收, Java中对对象的引用可以使用以下四种，分别为强引用，软引用，弱引用，虚引用。
参考地址.

  1. 强引用（StrongReference）

强引用是使用最普遍的引用，如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。**(默认的引用方式)**

  1. 软引用（SoftReference）

如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存**(即不抛出OOM错误)**。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存（下文给出示例）。软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中.

  1. 弱引用（WeakReference）

弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此 不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

  1. 虚引用（PhantomReference）

“虚引用”顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列 （ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。 使用虚引用只是为了能够在对象回收时收到通知.

ReferenceQueue的用法(以PhantomReference为例)：
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue (); 
PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue);

名字 | 引用方式 | GC是否回收 | 是否 OOM
— | — | — | —
强引用 | 直接调用 | 否 | 是
软引用 | .get | 看内存情况 | 否
弱引用 | .get | 是 | 否
虚引用 | null | 是 | 否

回收

标记-清除算法

即回收算法分为”标记”和”清除”两个阶段, 先扫描一次标记所有需要回收的对象, 再扫描一次回收所有被标记地对象.

缺点:

  • 效率太低
  • 会产生大量不连续地内存碎片, 这些碎片会导致无法给大内存对象分配内存.

复制算法

将可用内存分为大小相等的两块, 每次只使用其中的一块. 回收时把存活地对象复制到另一块区域即可, 其他空间都可以清理掉.

缺点:

  • 可用内存直接变成一半了.

标记-整理算法

先扫描一次标记所有需要回收的对象, 再让所有的对象都向一端移动, 最后清理掉边界以外的内存.

分代回收

现在的商业虚拟机大部分都是分代回收算法, 分为新生代(young gen)和老生代(old gen), 其中 young gen 又分为 eden 区, from survior 和 to survior 区. 新生代的 GC 叫做 Minor GC, 老生代的 GC 叫做 Major GC / Full GC . 数据一开始会分配到 Eden 区(大对象直接进入 old gen), young gen 采用的是复制算法, 因为 young gen 的大部分数据都是回马上死亡的, 所以只需复制少部分存货的对象从 From survior 到 To survior. 当 young gen 的数据经历了几次 GC 后(默认15次), 它会从 young gen 移到 old gen. 而 old gen 采用的是标记-整理算法, 可以应用 old gen 中对象 100% 都存活的情况.

GC 日志

33.125: [GC [DefNew: 3324K->152K(3712K), 0.0025925 secs] 3324K->152K(11904K), 0.0031680 secs]

  • 33.125: Java 虚拟机启动以来经过的秒数.
  • GC 开头: 区分 GC 区域, 像这里的 DefNew 是 Serial 收集器的新生代区域, 还有 Full GC 表示全部 GC.
  • 3324K -> 152K(3712K): GC 前该内存区域的可用容量 -> GC 后该内存区域已使用容量(该内存区域总容量)
  • 0.0025925 secs: 该区域 GC 所占用的时间.
  • 3324K->152K(11904K): GC 前 Java 堆已使用容量 -> GC 后 Java 堆已使用容量(Java 堆总容量)