Java的内存和垃圾回收机制

一：Java的内存回收机制

         在Java中，它的内存管理包括两方面：内存分配（创建Java对象的时候）和内存回收，这两方面工作都是由JVM自动完成的，降低了Java程序员的学习难度，避免了像C/C++直接操作内存的危险。但是，也正因为内存管理完全由JVM负责，所以也使Java很多程序员不再关心内存分配，导致很多程序低效，耗内存。因此就有了Java程序员到最后应该去了解JVM，才能写出更高效，充分利用有限的内存的程序。 

  1：Java在内存中的状态 

         首先我们先写一个代码为例子：

         Person.java

         


          Tset.java

         


        把上面Test.java中main方面里面的对象引用画成一个从main方法开始的对象引用图的话就是这样的（顶点是对象和引用，有向边是引用关系）：

        


         当程序运行起来之后，把它在内存中的状态看成是有向图后，可以分为三种： 

         1）可达状态：在一个对象创建后，有一个以上的引用变量引用它。在有向图中可以从起始顶点导航到该对象，那它就处于可达状态。

         2）可恢复状态：如果程序中某个对象不再有任何的引用变量引用它，它将先进入可恢复状态，此时从有向图的起始顶点不能再导航到该对象。在这个状态下，系统的垃圾回收机制准备回收该对象的所占用的内存，在回收之前，系统会调用finalize()方法进行资源清理，如果资源整理后重新让一个以上引用变量引用该对象，则这个对象会再次变为可达状态；否则就会进入不可达状态。 

        3）不可达状态：当对象的所有关联都被切断，且系统调用finalize()方法进行资源清理后依旧没有使该对象变为可达状态，则这个对象将永久性失去引用并且变成不可达状态，系统才会真正的去回收该对象所占用的资源。

         上述三种状态的转换图如下：

          


  二：Java的垃圾回收机制

           其实Java垃圾回收主要做的是两件事：1）内存回收 2）碎片整理 

    1：垃圾回收算法

    1）串行回收（只用一个CPU）和并行回收（多个CPU才有用）：串行回收是不管系统有多少个CPU，始终只用一个CPU来执行垃圾回收操作，而并行回收就是把整个回收工作拆分成多个部分，每个部分由一个CPU负责，从而让多个CPU并行回收。并行回收的执行效率很高，但复杂度增加，另外也有一些副作用，如内存碎片增加。  

    2）并发执行和应用程序停止 ：应用程序停止（Stop-the-world）顾名思义，其垃圾回收方式在执行垃圾回收的同时会导致应用程序的暂停。并发执行的垃圾回收虽然不会导致应用程序的暂停，但由于并发执行垃圾需要解决和应用程序的执行冲突（应用程序可能在垃圾回收的过程修改对象），因此并发执行垃圾回收的系统开销比Stop-the-world高，而且执行时需要更多的堆内存。 

   3）压缩和不压缩和复制 ：

   ①支持压缩的垃圾回收器（标记-压缩 = 标记清除+压缩）会把所有的可达对象搬迁到一端，然后直接清理掉端边界以外的内存，减少了内存碎片。

   ②不压缩的垃圾回收器（标记-清除）要遍历两次，第一次先从跟开始访问所有可达对象，并将他们标记为可达状态，第二次便利整个内存区域，对未标记可达状态的对象进行回收处理。这种回收方式不压缩，不需要额外内存，但要两次遍历，会产生碎片 

   ③复制式的垃圾回收器：将堆内存分成两个相同空间，从根（类似于前面的有向图起始顶点）开始访问每一个关联的可达对象，将空间A的全部可达对象复制到空间B，然后一次性回收空间A。对于该算法而言，因为只需访问所有的可达对象，将所有的可达对象复制走之后就直接回收整个空间，完全不用理会不可达对象，所以遍历空间的成本较小，但需要巨大的复制成本和较多的内存。 

      


    2：垃圾回收优缺点

         优点： 垃圾收集能自动释放内存空间，减轻编程的负担。这使Java 虚拟机具有一些优点。

                      首先，它能使编程效率提高。在用Java语言编程的时候，靠垃圾收集机制可大大缩短时间。

                      其次是它保护程序的完整性， 垃圾收集是Java语言安全性策略的一个重要部份。 
　　  缺点：垃圾收集的一个潜在的缺点是它的开销影响程序性能。

                     Java虚拟机必须追踪运行程序中有用的对象， 而且最终释放没用的对象。这一个过程需要花费处理器的时间。

                     其次垃圾收集算法的不完备性，早先采用的某些垃圾收集算法就不能保证100%收集到所有的废弃内存。

  3.内存管理小技巧

        1）尽量使用直接量，eg：String javaStr = "小学徒的成长历程"; 

        2）使用StringBuilder和StringBuffer进行字符串连接等操作; 

        3）尽早释放无用对象; 

        4）尽量少使用静态变量;  

        5）缓存常用的对象:可以使用开源的开源缓存实现，eg：OSCache，Ehcache; 

        6）尽量不使用finalize()方法;  

        7）在必要的时候可以考虑使用软引用SoftReference。