Java記憶體管理機制

WesleyWang97發表於2018-05-08
Java記憶體

記憶體劃分割槽域

方法區(Method Area), 虛擬機器棧(VM Stack), 本地方法棧(Native Method Stack), 堆(Heap), 程式計數器(Program Counter Register)
1. 程式計數器(Program Counter Register)
執行緒私有的．當前執行緒所執行的位元組碼的行號指示器．通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令．
2. 虛擬機器棧(VM Stack)
執行緒私有的，生命週期與執行緒相同．每個方法被執行的時候都會建立一個棧幀(Stack Frame)用於儲存區域性變數，操作棧，動態連結，方法出口等資訊．每一個方法被呼叫直至執行完成的過程，對應著一個棧幀在虛擬機器棧中從入棧到出棧的過程．
3. 本地方法棧(Native Method Stacks)
與虛擬機器棧發揮的作用非常相似．區別是虛擬機器棧執行Java方法（也就是位元組碼）服務，而本地方法棧則是為虛擬機器使用到的Native方法服務．
4. 堆(Heap)
最大的一塊，所有執行緒共享的一塊記憶體，虛擬機器啟動時建立．唯一目的就是存放物件例項．垃圾收集器管理的主要區域，很多時候也被稱作＂GC堆＂(Garbage Collected Heap)
5. 方法區(Method Area)
各個執行緒共享區域，儲存已被虛擬機器載入的類資訊，常量，靜態變數，即時編譯器編譯後的程式碼等資料．執行時常量池(Runtime Constant Pool)是方法區的一部分，存放編譯期生成的各種字面量和符號引用

物件訪問

Object obj = new Object();

Object obj將會反映到Java棧的本地變數表中，作為一個reference型別資料出現．而”new Object()”這部分則會反映到Java堆中，形成了一塊儲存了Object型別所有例項資料的結構化記憶體．而reference型別訪問物件的方式有兩種:
- 使用控制程式碼，Java堆中將會劃分出一塊記憶體作為控制程式碼池，reference儲存控制程式碼地址
- 使用指標，reference中直接儲存的就是物件地址．主要虛擬機器(Sun HotSpot）使用的這一種

垃圾回收(GC)

物件已死

  1. 引用計數法(Reference Counting)
    引用時，計數器加１，失效時減１．簡單高效，但是無法解決相互迴圈引用的問題．
  2. 根搜尋演算法(GC Roots Tracing)
    主流的方法．通過一系列名為”GC Roots”的物件作為起始點，從這些節點開始向下搜尋，搜尋所走過的路徑稱為引用鏈(Reference Chain)，當一個物件沒有任何引用鏈相連時，則證明物件是不可用的．可作為GC Roots的物件有以下幾種:
    • 虛擬機器棧（棧幀中的本地變數表）中的引用的物件
    • 方法區中的類靜態屬性引用的物件
    • 方法區中的常量引用的物件
    • 本地方法棧中JNI的引用的物件（類似於第一種）
      這裡寫圖片描述

何時回收

一個物件死亡，至少要經歷兩次標記過程:第一次判斷是否有與GC Roots相連線的引用鏈，如果沒有被執行過finalize指令，則會執行，被放置在一個F-Queue中，由虛擬機器建立的Finalizer執行緒執行．GC將對F-Queue中的物件進行得二次小規模標記．

回收方法區

方法區（或者HotSpot虛擬機器中的永久代）的回收的＂價效比＂一般比較低．主要回收廢棄常量和無用的類

垃圾收集演算法

  1. 標記-清除(Mark-Sweep)演算法
    分為標記，清除兩個階段．首先標記出所有需要回收的物件，在標記完成後統一回收所有被標記的物件．
    有兩個缺點：(1)效率　(2)空間，容易造成碎片

  2. 複製(Copying)演算法
    將可用記憶體按照容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當這一塊的記憶體用完了，就將存活著的物件複製到另一塊上面，然後再把已使用過的記憶體空間一次清理掉．這樣實現簡單，但是代價是記憶體縮小到原來的一般，空間代價較高．

這裡寫圖片描述

  1. 標記-整理演算法
    複製收集演算法在物件存活率較高的時候就要執行較多的複製操作，效率變低，而且空間浪費高．標記整理演算法是讓所有的存活物件都向一端移動，然後直接清理掉端邊界外的記憶體．

這裡寫圖片描述

  1. 分代收集演算法
    根據物件的存貨週期劃分為幾塊．一般把堆分為新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation)．根據各個年代的特點採用最適當的收集演算法．在新生代如果有大批物件死去，少量存活，就採用複製演算法，只需要少量的複製就可以完成收集．而老年代中則採取＂標記－清理＂或者＂標記－整理＂演算法來回收

垃圾收集器

垃圾收集演算法的具體實現
這裡寫圖片描述

物件分配回收策略

  1. 物件優先在新生代Eden分配．當Eden區沒有足夠的空間進行分配時，虛擬機器將發起一次Minor GC．（新生代GC為MinorGC; 老年代GC為Major GC/Full GC）
  2. 大物件直接進入老年代．避免在Eden區以及兩個Survivor區之間發生大量的記憶體拷貝．
  3. 長期存活的物件進入老年區．給每個物件定義一個物件年齡(Age)計數器，年齡增加到一定程度時(預設為１５歲)，就晉升到老年代
  4. 動態物件年齡判定．如果Survivor空間中相同年齡所有物件大小的總和大於Survivor空間的一半,年齡大於或等於該年齡的物件就可以直接進入老年代.
  5. 空間分配擔保．如果晉升到老年代的平均大小大於老年代的剩餘空間大小，則改為直接進行一次Full GC.

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