JVM内存分布和垃圾回收

内存区域划分

• 程序计数器(Program counter Register)

• • 描述  程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间.它可以看作是当前线程执行的字节码的行号指示器

• • 作用  线程切换之后能够恢复到正确的位置.

• • 范围  线程私有,随线程而生,随线程尔灭

• • 异常  此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域.

• java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)

• • 描述  虚拟机栈描述的是java方法执行的内存模型,每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧,方法从调用到执行完成的过程,就对应栈帧入栈到出栈的过程.

• • 存储内容  

• • • 局部变量表

• • • • 对象引用
      • 基础数据类型　　  

• • • 操作数栈
    • 动态链接
    • 方法出口

• • 范围  线程私有,随线程而生,随线程尔灭
  • 异常

• • • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverFlowError异常.
    • 虚拟机栈在动态扩展过程中无法申请到足够的内存,将会抛出OutOfMemoryError异常.

• 本地方法栈(Native Method Stack)

• • 描述 本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用非常相似,他们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行java方法服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务.
  • 范围  线程私有,随线程而生,随线程尔灭.
  • 异常
    • 如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度,将抛出StackOverFlowError异常.
    • 虚拟机栈在动态扩展过程中无法申请到足够的内存,将会抛出OutOfMemoryError异常.

• java堆(Java Heap)

• • 描述  java堆是虚拟机所管理的内存中最大的一块.也是垃圾收集器管理的主要区域. 
  • 作用  java堆是被所有线程共享的一块区域,虚拟机启动时创建,此内存区域的唯一目的就是存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存.
  • 范围  线程共享.
  • 异常  如果堆中没有内存完成实例分配,并且堆也无法再扩展时,将会抛出OutOfMemoryError异常.　　

• 方法区(Method Area)

• • 描述  方法区和java堆一样,是各个线程共享的区域.别名(Non-Heap),目的应该是和java堆区分开.
  • 存储内容
    • 类信息
    • 类名
    • 访问修饰符
    • 常量池
      • 字面量
      • 符号引用
    • 静态变量
    • 即时编译器编译后的代码
  • 范围  线程共享
  • 异常  当方法区无法满足内存分配需求时,将抛出OutOfMemoryError异常.

• 直接内存(Direct Memory)
  • 直接内存并不是虚拟机运行时数据区的一部分.
  • 异常  本机直接内存的分配不会受到java堆大小的限制,但是各个区域的内存总和大于物理内存限制时,将会抛出OutOfMemoryError异常.

 

垃圾回收(GC)

• 哪些内存需要回收?

• • 需要回收  →  java堆(重点) 和 方法区(永久代)
  • 不需要回收  →  程序计数器 和 java虚拟机栈 和 本地方法栈

• 什么时候回收?

• • 判断对象已死
    • 引用计数算法  给对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用,计数器值就加1,引用失效时,计数器值就减1,计数器值为0就是该对象不可用.
      • 优点  实现简单,效率高
      • 缺点  不能解决对象之间的互相引用问题. 

• • • 可达性分析算法  这个算法的思路就是通过一系列的称为GCRoots的对象作为起始点,从这个节点开始向下搜索,搜素所走的路径称为引用链(Reference Chain) ,当一个对象到GCRoots没有任何引用链相连时,则证明此对象不可用.

• • • 引用  

• • • • 强引用  只要强引用还在,垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象.
      • 软引用  描述一些还有用但并非必须的对象,系统将要发生内存溢出之前,将会把这些对象列入回收范围之中进行二次回收.
      • 弱引用  用来描述非必须对象,被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前.
      • 虚引用  最弱的引用关系,一个对象是否有虚引用,完全不会对其生存时间有任何影响,也不可以通过虚引用来获取一个对象实例.

• • • 判生死  即使是在可达性分析算法中不可达的对象,也并非是非死不可,真正宣告一个对象死亡,至少要经理两次标记过程:

• • • • 第一次标记: 根据可达性分析算法判断如果对象不可达,进行标记并且进行筛选,筛选条件是是否有必要执行finalize()方法,如果finalize()被虚拟机执行过,或对象没有覆盖finalize()方法时,,都会被认为没必要执行.
      • 第二次标记: 如果第一次标记在筛选的时候,要执行finalize()方法,这是此对象的最后一次自救机会,如果执行完finalize()方法之后,此对象仍未逃脱,则此对象真的是要被回收了.　

• • 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,标记完成后统一回收所有被标记的对象.

　　　　　　　　  缺点:

• • • • 效率问题,标记和清除两个过程效率都不高.
      • 空间问题,标记清除之后会产生大量的不连续的内存碎片,导致在分配较大对象时,无法找到连续的内存空间而不得不提前触发另一次垃圾收集动作.

• • • 复制算法  把内存划分为两块,每次只使用其中的一块,当此块内存使用完了,就把还存活的对象复制到另外一块上去,然后把已使用过的内存空间全部清理掉.

　　　　　　　　  缺点 浪费了一半的内存空间.

• • • 标记 - 整理算法  首先标记出所有待回收的对象,然后让所有存活的对象向一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存.

　　　　　　　　  缺点  如果对象存活率较高,效率会很低.

• • • 分代收集算法

• 如何回收?

• • Serial 收集器  这是一个单线程的收集器,它在进行垃圾回收的时候,必须要暂停其他所有的工作线程.
  • ParNew收集器  Serial收集器的多线程版.
  • Parallel Scavenge 收集器  更关注吞吐量 = 处理用户代码时间/(垃圾回收时间 + 处理用户代码时间)
  • Parallel Old 收集器
  • Serial Old 收集器
  • CMS 收集器