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。

本文的主要内容如下：

• 内存模型
• 垃圾回收
• 参考文章

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两个个区域：

• 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。

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

参考

• JVM内存模型：http://developer.51cto.com/art/200911/165015.htm
• 垃圾回收：http://www.importnew.com/19085.html
• JVM垃圾回收器：http://www.cnblogs.com/chengxuyuanzhilu/p/7088316.html
• 内存模型： http://blog.csdn.net/u012152619/article/details/46968883