Java学习笔记-JVM内存管理

一、Java内存区域

Java虚拟机把运行时数据区划分为几个不同的区域。

线程私有的，即每一条线程都会有自己独立的内存空间，有以下几个部分：

• 程序计数器
• 虚拟机栈
• 本地方法栈

所有线程共享的内存空间，包括：

• 堆
• 方法区

1、线程私有数据区

程序计数器

程序计数器比较小，保存当前线程所执行字节码的行号，字节码解释器工作时就是根据计数器的值来执行的。每一条线程都有自己的计数器，且互不影响。如果在执行native方法，则计数器为空。

虚拟机栈

虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型。每个方法执行的时候，都会创建一个栈帧，用于保存局部变量等。因此局部变量也是保存在虚拟机栈中的，包括基本数据类型和对象引用。局部变量空间的大小在创建栈帧的时候就是确定的。这就是我们常说的jvm堆栈中的栈。

本地方法栈

它跟虚拟机栈的区别是，它为Native方法服务

2、所有线程共享数据区

堆

堆用于存放对象实例和数组。也是垃圾收集器管理的主要区域。它在物理上可以不连续，但是在逻辑上是连续的

方法区

方法区用于存放类信息，静态变量，常量（特别地，运行时常量池），这块内存也会进行垃圾回收，主要是针对常量池的回收和类型的卸载。

运行时常量池（方法区的一部分）

存放编译时生成的字面量和符号引用。当然运行期间也可以将新的常量添加到池中，如String的intern方法。

3、直接内存

以上内存区域都是虚拟机运行时数据区的一部分，还有一块特殊区域是直接内存。这是NIO引入的，可以使用Native函数库直接分配堆外内存，通过DirecrByteBuffer对象对这块内存进行操作，它避免了Java堆和Native堆之间来回复制数据，提高了性能

4、对象访问

虚拟机的实现不同，产生了对对象的两种不同访问：句柄访问方式和直接指针访问方式。

句柄访问方式

句柄访问方式会将Java堆分为两部分，句柄池和实例池。Java栈中保存了对象的引用，引用指向了句柄池。句柄中保存了对象实例数据的指针和对象类型数据的指针。对象实例数据指针指向实例池（对象实例数据），对象类型数据的指针指向方法区（对象类型数据）

这种方式的优势在于：由于垃圾回收时会移动对象，句柄访问方式的句柄地址稳定。

直接指针访问方式

直接指针访问方式的Java堆是整体的。引用指向对象地址，该Java堆中的对象，拥有对象实例数据和对象类型数据的指针。

优势在于，节约了一次指针定位的时间开支，速度更快。

二、垃圾回收

垃圾回收主要指的是对堆中的对象进行回收。判断一个对象是否需要回收，使用根搜索算法。以一系列“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，搜索走过的路径成为引用链，如果一个对象到GC Roots没有任何引用链，则该对象不可用。Java中，GC Roots包括以下几种

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
• 方法区的类静态属性引用的对象
• 方法区中的常量引用的对象
• 本地方法栈引用的对象

当一个对象不可用时，该对象会被标记并且进行一次筛选。如果该对象没有覆盖finalize方法，或者finalize方法已经被虚拟机调用过一次，则该对象会判定为需要回收。否则，该对象会被放置到F-Queue对象中，并由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行，即触发finalize方法，但不承诺会等待它运行结束。

1、垃圾回收算法

标记-清除算法

首先，标记处所有需要回收的对象，回收时清除所有被标记的对象。这个算法有两个问题，一是效率低，二是有大量不连续的内存碎片。

复制算法（适用新生代）

复制算法会把内存划分为大小相等的两块，每次使用一块，当这一块内存用完以后，就将还存活着的对象复制到另外一块上，再将已使用的内存空间清理掉。

这里更好地算法是，把内存分为三块，一块Eden(占80%)，两块Survivor（分别占10%），每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活的对象一次性拷贝到另外一个Survivor空间。如果Survivor空间不够，则依赖其他内存作为担保（老年代）。

标记-整理算法（适用老年代）

标记整理算法也需要标记对象，不过会将所有存活的对象移向一端，再直接清除边界外的内存。

当前虚拟机对对象的回收，采用分代手机算法。新生代中，大部分对象存活不高，选用复制算法，只需复制一小部分对象。老年代对象存活率高，可使用标记整理算法。

三、内存分配

从垃圾回收算法可知，堆内存分为4个部分，一部分用于存放老年代，另外三个部分（一个Eden，两个Survivor）用于存放新生代。

对象优先在Eden分配。

大对象直接进入老年代。

长期存活对象进入老年代。每个对象有一个年龄计数器，每经过一次Minor GC（新生代），如果存活，对象年龄增加1岁，到达一定年龄（默认15岁），对象会进入老年代。如果Survivor空间中相同年龄所有对象大小总和大于Survivor空间的一半，大于等于该年龄的对象直接进入老年代。