JVM内存概况与垃圾回收机制详解

参考：《Java虚拟机精讲》

一、JVM虚拟机内部的内存分布的概况



其中方法区我在博文 java虚拟机类加载过程内存情况底层源码分析及ClassLoader讲解中详细讲解过，可参考那篇文章。它里面主要保存：运行时常量池、字段和方法数据、构造函数、普通方法的字节码等。


PC寄存器会存储正在执行的字节码指令地址，线程私有

Java栈也为线程私有，生命周期与线程的生命周期一致

二、内存分配

1、分配步骤

当我们创建一个对象时，会经历如下步骤：



根据上面的描述得到下面的图



所以对象是分配在堆的Eden区的，（部分分配在线程私有的TLAB区域（Thread Local Allocation本地线程分配缓冲区））

因为这块区域是线程共享的，从堆中划分内存空间是非线程安全的，所以必须保证数据操作的原子性。

为提高效率，有一种方法，让每一个线程在堆中先预分配一小块内存(TLAB本地线程分配缓冲），每个线程只在自己的内存中分配内存。

(可以回顾下，类的加载也是必需保证操作的原子性

java虚拟机类加载过程内存情况底层源码分析及ClassLoader讲解

虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境被正确的加锁、同步。

)

2、分配初始化

（另注意：3,4步之间，当为对象成功分配内存空间后，JVM会首先对分配后的内存空间进行零值初始化。确保对象的实例字段在Java代码中可以不用赋值就可以直接使用

java虚拟机类加载过程内存情况底层源码分析及ClassLoader讲解 类似于第一张图的加载过程的第三步，是JVM自己进行的赋初值的操作，不是我们显示的指定的部分

关于Java变量、数组、对象的声明、初始化与访问方式-----《疯狂Java突破程序员基本功的16课》读书笔记----第一章

可以对比下

实例成员变量 类成员变量 局部变量

可以知道前两个JVM都会为我们赋初值的，而局部变量得我们自己进行覆初值，否则不能使用

）

3、分配内存采取的算法和存放的区域

那么在Eden区域中怎么分配对象：

如果Eden区域内存空间以规整有序的方式分布，则使用指针碰撞方式

否则使用空闲列表的方法分配内存



但并不是所有对象都是分配到Eden区域的。

比如：逃逸分析，选择未逃逸的对象，直接分配在栈帧空间（见上图3）

逃逸分析：对象定义在方法体内部，访问与使用作用于只在方法内，则没发生逃逸

但是一旦对象引用被外部成员引用后，这个对象则发生了逃逸，从方法体内逃了出去

栈帧会伴随方法的调用而创建，随方法执行结束而销毁

对于没有逃逸出去的对象可以直接将其分配在栈帧空间，它会随着栈帧出栈而释放

这样的好处：降低GC的回收率并提升GC回收效率，（个人认为同时也避免了多线程在堆中分配内存的问题）

JDK6u23版本后，HotSpot默认已经开启逃逸分析

三、内存回收

Eden区内存大小是有限的，J***A程序员不会去显示释放无用的对象，那么JVM一定要对无用的对象进行释放和回收。

1.标记无效对象

那么这么多对象JVM如何认定这个对象就是无效对象呢：

计数算法和根搜索算法

计数算法：对象被其他存活对象引用时，它私有的计数器加1，不再引用则减1。当其计数器为0时，被标记为垃圾对象。

---------------->此算法简单效率高，但存在循环引用的问题，可能引发内存泄漏。

根搜索算法：以跟对象集合作为起点，按照从上至下的方式搜索，能够直接或间接连接到的就是可达，不可达的对象被标记为垃圾对象

个人认为就是数据结构中图的深度优先遍历或者广度优先遍历，寻找从根对象出发的连通的其他节点

根对象集合包含如下：（见图1）

1.J***A方法栈中对象的引用

2.本地方法栈中对象的引用

3.常量池中对象的引用

4.方法区静态属性的对象引用

5.类对应的Class对象



2.回收方案

参考/article/1332961.html

有三类回收的算法

（1）标记清除

（时间效率高，但回收后不连续，大对象无法分配）

（2）复制

（整块内存只能用其中一半）

（3）标记整理

（解决了不连续 与 内存利用率低的问题，但效率比较差）

JVM中堆区分为新生代和老生代（见图1）

由于老生代回收频率低 并且 需要存放大对象 因此使用标记整理的方案

新生代：频率高 死亡率高（IBM的研究表明，98%的对象都是很快消亡的） 因此使用复制算法

这里详细介绍：

由于对象死亡率高，所以没必要按照上述的复制算法一半使用一半空闲，这样太浪费

Eden区：From Survivor：To Survivor=8:1:1

现在的回收过程如下：



1.初始状态：对象都分配在Eden区，第一次MinorGC发生，将存活的对象复制到To的空间。然后Eden区对这些死亡的对象执行GC（比如finalize），释放掉其所占用的空间。最后清空Eden空间。

2.To和From空间互换位置 （不用再复制，只用换个名字就好，这个在于它的逻辑意义，说明在新的一轮里面From区域就存放了上一轮活下来的对象了）

3.之后的对象还是存放在Eden区域中，然后当MinorGC又被触发时，将Eden中存活的对象复制到To空间中（同第一步）。From空间的存活的（逻辑上也就是之前大浪淘沙坚挺没被回收的对象）也被复制到To中。（有两种情况不会复制到To的空间：a.存活的对象分代年龄超过指定值，b.To空间到达阈值。这两种情况这些对象将晋升到老年代中（终于熬出了头））

4.然后对From和Eden区死亡的对象进行GC，最后清空。

5.To和From空间互换位置

.................循环.............