程序猿的日常——JVM内存模型与垃圾回收
程序猿的日常——JVM内存模型与垃圾回收
Java开发有个很基础的问题，虽然我们平时接触的不多，但是了解它却成为Java开发的必备基础——这就是JVM。在C++中我们需要手动申请内存然后释放内存，否则就会出现对象已经不再使用内存却仍被占用的情况。在Java中JVM内置了垃圾回收的机制，帮助开发者承担对象的创建和释放的工作，极大的减轻了开发的负担。那是不是我们就不需要了解JVM了，显然在做一些优化或者深入研究应用性能的时候，JVM还是起了很关键的作用的。因此本篇就总结性的描述下JVM的内存模型与垃圾回收相关的知识。
内存模型
各部分的功能
这几个存储区最主要的就是栈区和堆区，那么什么是栈什么是堆呢？说的简单点，栈里面存放的是基本的数据类型和引用，而堆里面则是存放各种对象实例的。
堆与栈分开设计是为什么呢？
- 栈存储了处理逻辑、堆存储了具体的数据，这样隔离设计更为清晰
- 堆与栈分离，使得堆可以被多个栈共享。
- 栈保存了上下文的信息，因此只能向上增长；而堆是动态分配
栈的大小可以通过-XSs设置，如果不足的话，会引起java.lang.StackOverflowError的异常
栈区
线程私有，生命周期与线程相同。每个方法执行的时候都会创建一个栈帧（stack frame）用于存放 局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口。
堆
存放对象实例，所有的对象的内存都在这里分配。垃圾回收主要就是作用于这里的。
- 堆得内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64；最大的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4。
- 默认空余的堆内存小于40%时，就会增大，直到-Xmx设置的内存。具体的比例可以由-XX:MinHeapFreeRatio指定
- 空余的内存大于70%时，就会减少内存，直到-Xms设置的大小。具体由-XX:MaxHeapFreeRatio指定。
因此一般都建议把这两个参数设置成一样大，可以避免JVM在不断调整大小。
程序计数器
这里记录了线程执行的字节码的行号，在分支、循环、跳转、异常、线程恢复等都依赖这个计数器。
方法区
类型信息、字段信息、方法信息、其他信息
总结
名称 | 特征 | 作用 | 配置 | 异常 |
|---|---|---|---|---|
栈区 | 线程私有，使用一段连续的内存空间 | 存放局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口 | -XSs | StackOverflowError OutOfMemoryError |
堆 | 线程共享，生命周期与虚拟机相同 | 保存对象实例 | -Xms -Xmx -Xmn | OutOfMemoryError |
程序计数器 | 线程私有、占用内存小 | 字节码行号 | 无 | 无 |
方法区 | 线程共享 | 存储类加载信息、常量、静态变量等 | -XX:PermSize -XX:MaxPermSize | OutOfMemoryError |
垃圾回收
如何定义垃圾
有两种方式，一种是引用计数（但是无法解决循环引用的问题）；另一种就是可达性分析。
判断对象可以回收的情况：
- 显示的把某个引用置位NULL或者指向别的对象
- 局部引用指向的对象
- 弱引用关联的对象
垃圾回收的方法
Mark-Sweep标记-清除算法
这种方法优点就是减少停顿时间，但是缺点是会造成内存碎片。
Copying复制算法
这种方法不涉及到对象的删除，只是把可用的对象从一个地方拷贝到另一个地方，因此适合大量对象回收的场景，比如新生代的回收。
Mark-Compact标记-整理算法
这种方法可以解决内存碎片问题，但是会增加停顿时间。
Generational Collection 分代收集
最后的这种方法是前面几种的合体，即目前JVM主要采取的一种方法，思想就是把JVM分成不同的区域。每种区域使用不同的垃圾回收方法。
上面可以看到堆分成三个区域：
- 新生代(Young Generation)：用于存放新创建的对象，采用复制回收方法，如果在s0和s1之间复制一定次数后，转移到年老代中。这里的垃圾回收叫做minor GC;
- 年老代(Old Generation)：这些对象垃圾回收的频率较低，采用的标记整理方法，这里的垃圾回收叫做 major GC。
- 永久代(Permanent Generation)：存放Java本身的一些数据，当类不再使用时，也会被回收。
这里可以详细的说一下新生代复制回收的算法流程：
在新生代中，分为三个区：Eden, from survivor, to survior。
- 当触发minor GC时，会先把Eden中存活的对象复制到to Survivor中；
- 然后再看from survivor，如果次数达到年老代的标准，就复制到年老代中；如果没有达到则复制到to survivor中，如果to survivor满了，则复制到年老代中。
- 然后调换from survivor 和 to survivor的名字，保证每次to survivor都是空的等待对象复制到那里的。
垃圾回收器
串行收集器 Serial
这种收集器就是以单线程的方式收集，垃圾回收的时候其他线程也不能工作。
并行收集器 Parallel
以多线程的方式进行收集
并发标记清除收集器 Concurrent Mark Sweep Collector, CMS
大致的流程为：初始标记--并发标记--重新标记--并发清除
G1收集器 Garbage First Collector
大致的流程为：初始标记--并发标记--最终标记--筛选回收
