JVM内存管理基础

内存管理基础

From 深入分析JavaWeb

一个Java进程的哪些部分需要分配内存

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Java堆

　　用于存储Java对象的区域，需要分配内存，堆大小在JVM启动时就向操作系统申请了。通过-Xmx和-Xms来控制大小，前者表示最大的堆的大小，后者表示初始化的堆的大小。

　　JVM管理着堆内存，对象创建由应用程序控制，而对空间的释放由GC垃圾收集器来完成。根据GC算法的不同，回收的时机也不尽相同。

线程

　　JVM运行程序的实体就是线程。所以需要一些内存来存储线程运行所需要的数据。JVM会为每一个线程构建一个线程栈，通常在256K~756KB之间。

类和类加载器

Class对象和加载Class的ClassLoader对象需要空间存储，他们被存储在称为PermGen区，永生代。
　　PermGen永生代的内存回收需要满足3个条件：

1，在Java堆中没有对表示该类加载器的Java.lang.ClassLoader对象的引用。2，Java堆没有对表示类加载器的类的任何java.lang.Class对象的引用。3，在Java堆上该类加载器加载的任何类的所有对象都不在存活。 

　　所以Bootstrap ClassLoader、APPClassLoader和ExtClassLoader都不满足这些条件，在程序运行时无论是系统类还是程序加载的类都不会在运行时释放。

NIO

　　在java1.4以后加入了NIO（new io），引入了一种基于通道和缓冲区来执行IO的方式，NIO使用java.nio.ByteBuffer,allocateDirect()方法分配内存，这种方法分配的内存是本机的内存，而不是JVM最开始的-Xmx内存。这类方法直接在底层调用os:malloc()方法。

本地调用JNI

　　Java Native Interface，Java本地调用c/c++方法，如一些文件操作，网络IO和其他一些系统调用会占用一定的内存。

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JVM内存体系结构

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PC寄存器

　　PC寄存器应该说是一种数据结构更合适，用于保存当前正常执行的程序的内存地址。java是多线程的，所以线程可能不会一直线性执行下去，多个线程交叉执行的时候，被中断的线程执行到哪里的内存地址需要保存起来，以便中断结束后继续执行。

Java栈-栈帧

　　JVM为每一个线程分配一个栈，而在这个栈中又会形成多个栈帧，一个栈帧对应与一个方法调用，正在执行的方法放在栈帧的顶部，这个地址也是PC寄存器指向的地址，在方法内部调用方法就会形成新的栈帧继续放在顶部。而在栈帧返回后，将数据返回给前一个栈帧，这就是退栈的过程。由于java栈与java线程对应起来的，所以数据不是共享的，故不用关心数据一致性过程，也不会有同步锁的问题。

堆-Java对象存储的地方

　　堆是存储Java对象的地方，是核心存储区域，每一个存储在堆中的对象，都会是这个对象的类的一个副本，继承了从他父类开始的所有非静态属性。堆是线程共享的，所有可能需要通过同步加锁来保持一致性问题。

方法区

　　常量池，域，方法数据，方法体，构造函数体，类的专用方法，实例初始化，接口初始化。这个方法区实际上也是java堆的一部分，这个区叫做“PermGen”。方法区是逻辑上的独立而已！

　　运行时常量池，Runtime Constant Pool代表运行每个Class文件的常量表。编译器的数字常量、方法等。

本地方法区

　　JVM运行Native方法时准备的空间，因为通常Native方法都是用C实现的，所以本称为C栈。

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内存回收检测

Garbage Collection：垃圾收集器，主要完成2部分功能，一是检测出垃圾对象，二是释放垃圾对象占用的空间。

　　当一个对象不再被其他活动对象所引用的时候，那么这个对象就可以被回收了，活动对象值得是能有一条到根对象集合的对象。如下图所示：例如下图的g和h对象，虽然h对象被g对象引用，但是g对象不能达到根对象节点，所以这2个对象是非活动对象，可以被垃圾收集器回收。

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根对象集合的内容

• 在方法中局部变量区的对象的引用：比如定义在play()方法的局部Date对象，这个对象直接存储栈帧的局部变量区中。

• 在java操作栈中的对象引用：这些对象在java操作栈中，肯定是包含在根对象中的。

• 在常量池中的对象引用：每一个类都包含一个常量池，通常会有很多对象引用，如表示类名字的字符串就在此。

• 本地方法持有的对象引用：在调用native方法，但这些对象还没有被释放时。

• 类的Class对象：每当JVM加载一个类的时候，都会创建代表这个类的Class对象，同样是放在堆中。而这个类当不再被使用时，也同样可以被回收。

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Hotspot分代垃圾收集算法

设计思路

　　将对象根据寿命的长短来分类，分成Young和Old组，最开始新建的对象都放在Young区，经过数次垃圾收集后依然存在则应该将其放入Old区，Old区由于是寿命较长的对象，垃圾收集并不是那么频繁，这样就提高了垃圾回收的效率。

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Java将堆分成的3个部分，Young区，Old区和Perm区。

• Young区分为Eden和两个Survivor区，Survivor分为From区和To区。最开始所创建的对象都在Eden区，当Eden区满以后触发minor GC将Eden区仍然存活的对象复制到To区，然后将Survivor的From区对象也都复制存放到To区，这样From区为空，此时将From区重命名为To区，将To区重命名为From区。始终保证有一个Survivor区为空。（书上说是复制到其中一个Survivor区，我结合Node.js的知识和FromTo区，自己猜测阐述了上述说法，不一定正确，但是这样理解比较容易些吧，不然复制的时候怎么知道要复制到哪里呢？）
  
• Old区：存放的是当Survivor区满的时候触发minor GC操作后仍然存活的对象；当Eden区满且Survivor区容不下这些对象的时候也会放到Old区。如果Old区满了，那就触发Full GC大清理对象。
  
• PermGen区：主要是用来存放类的Class对象和ClassLoader对象，如果一个类被频繁加载，也可能导致PermGen满，此时会触发Full GC。

　　如果使用不同的ClassLoader实例加载同一个类会怎么样，会不会导致JVM的PermGen（永久代）n区无限增大？？答案是否定的，why，因为ClassLoader对象也是对象，在没有被持有引用的时候，也会被JVM回收。值得注意的是，被ClassLoader加载的类的字节码会一直保存在JVM的PermGen中，这个数据一般是在Full GC的时候才会被回收，所以，如果应用大量使用动态类加载。Full GC又不是太频繁，也要注意PermGen的大小，防止内存溢出。

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堆建议

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Sun公司给的堆大小建议是Young区占总堆的1/4，而Survivor区占整个Young区的1/8。

存在三类垃圾收集算法：

• Serial Collector
• Parallel Collector
• CMS Collector

不会讲。讲不好。不讲了。