1、Java內(nèi)存模型

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)把它管理的內(nèi)存分為若干數(shù)據(jù)區(qū)域，這些數(shù)據(jù)區(qū)域分布情況如下圖所示：

程序計(jì)數(shù)器：一塊較小內(nèi)存區(qū)域，指向當(dāng)前所執(zhí)行的字節(jié)碼。如果線程正在執(zhí)行一個(gè)Java方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址，如果執(zhí)行的是Native方法，這個(gè)計(jì)算器值為空。

Java虛擬機(jī)棧：線程私有的，其生命周期和線程一致，每個(gè)方法執(zhí)行時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。

本地方法棧：與虛擬機(jī)棧功能類似，只不過虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法服務(wù)，而本地方法棧則為使用到的Native方法服務(wù)。

Java堆：是虛擬機(jī)管理內(nèi)存中最大的一塊，被所有線程共享，該區(qū)域用于存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象都在該區(qū)域分配。Java堆是內(nèi)存回收的主要區(qū)域，從內(nèi)存回收角度看，由于現(xiàn)在的收集器大都采用分代收集算法，所以Java堆還可以細(xì)分為：新生代和老年代，再細(xì)分一點(diǎn)的話可以分為Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的空間，只要邏輯上是連續(xù)的就行。

方法區(qū)：與Java一樣，是各個(gè)線程所共享的，用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載類信息、常亮、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。

運(yùn)行時(shí)常量池，運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用。運(yùn)行期間可以將新的常量放入常量池中，用得比較多的就是String類的intern()方法，當(dāng)一個(gè)String實(shí)例調(diào)用intern時(shí)，Java查找常量池中是否有相同的Unicode的字符串常量，若有，則返回其引用；若沒有，則在常量池中增加一個(gè)Unicode等于該實(shí)例字符串并返回它的引用。

2、垃圾對(duì)象如何確定

Java堆中存放著幾所所有的對(duì)象實(shí)例，垃圾收集器在對(duì)堆進(jìn)行回收前，首先需要確定哪些對(duì)象還"活著"，哪些已經(jīng)"死亡"，也就是不會(huì)被任何途徑使用的對(duì)象。

引用計(jì)數(shù)法

引用計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，效率較高，在大部分情況下是一個(gè)不錯(cuò)的算法。其原理是：給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用該對(duì)象時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器值為0時(shí)表示該對(duì)象不再被使用。需要注意的是：引用計(jì)數(shù)法很難解決對(duì)象之間相互循環(huán)引用的問題，主流Java虛擬機(jī)沒有選用引用計(jì)數(shù)法來管理內(nèi)存。

可達(dá)性分析算法

這個(gè)算法的基本思路就是通過一系列的稱為“GC Roots”的對(duì)象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈（Reference Chain），當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有任何引用鏈相連（用圖論的話來說，就是從GC Roots到這個(gè)對(duì)象不可達(dá)）時(shí)，則證明此對(duì)象是不可用的。如圖所示，對(duì)象object 5、object 6、object 7雖然互相有關(guān)聯(lián)，但是它們到GC Roots是不可達(dá)的，所以它們將會(huì)被判定為是可回收的對(duì)象。

在Java語言中，可作為GC Roots的對(duì)象包括下面幾種：

虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對(duì)象。

方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象。

方法區(qū)中常量引用的對(duì)象。

本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）引用的對(duì)象。

現(xiàn)在問題來了，可達(dá)性分析算法會(huì)不會(huì)出現(xiàn)對(duì)象間循環(huán)引用問題呢？答案是肯定的，那就是不會(huì)出現(xiàn)對(duì)象間循環(huán)引用問題。GC Root在對(duì)象圖之外，是特別定義的“起點(diǎn)”，不可能被對(duì)象圖內(nèi)的對(duì)象所引用。

對(duì)象生存還是死亡(To Die Or Not To Die)

即使在可達(dá)性分析算法中不可達(dá)的對(duì)象，也并非是“非死不可”的，這時(shí)候它們暫時(shí)處于“緩刑”階段，要真正宣告一個(gè)對(duì)象死亡，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程：如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與GC Roots相連接的引用鏈，那它將會(huì)被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選，篩選的條件是此對(duì)象是否有必要執(zhí)行finapze()方法。當(dāng)對(duì)象沒有覆蓋finapze()方法，或者finapze()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，虛擬機(jī)將這兩種情況都視為“沒有必要執(zhí)行”。程序中可以通過覆蓋finapze()來一場(chǎng)"驚心動(dòng)魄"的自我拯救過程，但是，這只有一次機(jī)會(huì)呦。

/** 
 * 此代碼演示了兩點(diǎn)： 
 * 1.對(duì)象可以在被GC時(shí)自我拯救。 
 * 2.這種自救的機(jī)會(huì)只有一次，因?yàn)橐粋€(gè)對(duì)象的finapze()方法最多只會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用一次 
 * @author zzm 
 */ 
pubpc class FinapzeEscapeGC { 
 
 pubpc static FinapzeEscapeGC SAVE_HOOK = null; 
 
 pubpc void isApve() { 
  System.out.println("yes, i am still apve :)"); 
 } 
 
 @Override 
 protected void finapze() throws Throwable { 
  super.finapze(); 
  System.out.println("finapze mehtod executed!"); 
  FinapzeEscapeGC.SAVE_HOOK = this; 
 } 
 
 pubpc static void main(String[] args) throws Throwable { 
  SAVE_HOOK = new FinapzeEscapeGC(); 
 
  //對(duì)象第一次成功拯救自己 
  SAVE_HOOK = null; 
  System.gc(); 
  //因?yàn)閒inapze方法優(yōu)先級(jí)很低，所以暫停0.5秒以等待它 
  Thread.sleep(500); 
  if (SAVE_HOOK != null) { 
SAVE_HOOK.isApve(); 
  } else { 
System.out.println("no, i am dead :("); 
  } 
 
  //下面這段代碼與上面的完全相同，但是這次自救卻失敗了 
  SAVE_HOOK = null; 
  System.gc(); 
  //因?yàn)閒inapze方法優(yōu)先級(jí)很低，所以暫停0.5秒以等待它 
  Thread.sleep(500); 
  if (SAVE_HOOK != null) { 
SAVE_HOOK.isApve(); 
  } else { 
System.out.println("no, i am dead :("); 
  } 
 } 
}

運(yùn)行結(jié)果為：

finapze mehtod executed! 
yes, i am still apve :) 
no, i am dead :( 

接著說引用

無論是通過引用計(jì)數(shù)算法判斷對(duì)象的引用數(shù)量，還是通過可達(dá)性分析算法判斷對(duì)象的引用鏈?zhǔn)欠窨蛇_(dá)，判定對(duì)象是否存活都與“引用”有關(guān)。在JDK 1.2以前，Java中的引用的定義很傳統(tǒng)：如果reference類型的數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的數(shù)值代表的是另外一塊內(nèi)存的起始地址，就稱這塊內(nèi)存代表著一個(gè)引用。在JDK 1.2之后，Java對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為強(qiáng)引用（Strong Reference）、軟引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虛引用（Phantom Reference）4種，這4種引用強(qiáng)度依次逐漸減弱。

• 強(qiáng)引用就是指在程序代碼之中普遍存在的，類似“Object obj = new Object()”這類的引用，只要強(qiáng)引用還存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)回收掉被引用的對(duì)象。

• 軟引用是用來描述一些還有用但并非必需的對(duì)象。對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)著的對(duì)象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，將會(huì)把這些對(duì)象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收。如果這次回收還沒有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常。在JDK 1.2之后，提供了SoftReference類來實(shí)現(xiàn)軟引用。

• 弱引用也是用來描述非必需對(duì)象的，但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前。當(dāng)垃圾收集器工作時(shí)，無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。在JDK 1.2之后，提供了WeakReference類來實(shí)現(xiàn)弱引用。

• 虛引用也稱為幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響，也無法通過虛引用來取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例。為一個(gè)對(duì)象設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的就是能在這個(gè)對(duì)象被收集器回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知。在JDK 1.2之后，提供了PhantomReference類來實(shí)現(xiàn)虛引用。

軟引用使用示例：

package jvm;

import java.lang.ref.SoftReference;

class Node {
pubpc String msg = "";
}

pubpc class Hello {
pubpc static void main(String[] args) {
Node node1 = new Node(); // 強(qiáng)引用
node1.msg = "node1";
SoftReference<Node> node2 = new SoftReference<Node>(node1); // 軟引用
node2.get().msg = "node2";

System.out.println(node1.msg);
System.out.println(node2.get().msg);
}
}

輸出結(jié)果為：

node2
node2

3、典型的垃圾回收算法

1.Mark-Sweep（標(biāo)記-清除）算法

這是最基礎(chǔ)的垃圾回收算法，之所以說它是最基礎(chǔ)的是因?yàn)樗钊菀讓?shí)現(xiàn)，思想也是最簡(jiǎn)單的。標(biāo)記-清除算法分為兩個(gè)階段：標(biāo)記階段和清除階段。標(biāo)記階段的任務(wù)是標(biāo)記出所有需要被回收的對(duì)象，清除階段就是回收被標(biāo)記的對(duì)象所占用的空間。具體過程如下圖所示：

從圖中可以很容易看出標(biāo)記-清除算法實(shí)現(xiàn)起來比較容易，但是有一個(gè)比較嚴(yán)重的問題就是容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)過程中需要為大對(duì)象分配空間時(shí)無法找到足夠的空間而提前觸發(fā)新的一次垃圾收集動(dòng)作。

2. Copying（復(fù)制）算法

為了解決Mark-Sweep算法的缺陷，Copying算法就被提了出來。它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用的內(nèi)存空間一次清理掉，這樣一來就不容易出現(xiàn)內(nèi)存碎片的問題。具體過程如下圖所示：

這種算法雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效且不容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，但是卻對(duì)內(nèi)存空間的使用做出了高昂的代價(jià)，因?yàn)槟軌蚴褂玫膬?nèi)存縮減到原來的一半。

很顯然，Copying算法的效率跟存活對(duì)象的數(shù)目多少有很大的關(guān)系，如果存活對(duì)象很多，那么Copying算法的效率將會(huì)大大降低。

3. Mark-Compact（標(biāo)記-整理）算法

為了解決Copying算法的缺陷，充分利用內(nèi)存空間，提出了Mark-Compact算法。該算法標(biāo)記階段和Mark-Sweep一樣，但是在完成標(biāo)記之后，它不是直接清理可回收對(duì)象，而是將存活對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后清理掉端邊界以外的內(nèi)存。具體過程如下圖所示：

4.Generational Collection（分代收集）算法

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根據(jù)對(duì)象存活的生命周期將內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的區(qū)域。一般情況下將堆區(qū)劃分為老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特點(diǎn)是每次垃圾收集時(shí)只有少量對(duì)象需要被回收，而新生代的特點(diǎn)是每次垃圾回收時(shí)都有大量的對(duì)象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。

目前大部分垃圾收集器對(duì)于新生代都采取Copying算法，因?yàn)樾律忻看卫厥斩家厥沾蟛糠謱?duì)象，也就是說需要復(fù)制的操作次數(shù)較少，但是實(shí)際中并不是按照1：1的比例來劃分新生代的空間的，一般來說是將新生代劃分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間（一般為8:1:1），每次使用Eden空間和其中的一塊Survivor空間，當(dāng)進(jìn)行回收時(shí)，將Eden和Survivor中還存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊Survivor空間中，然后清理掉Eden和剛才使用過的Survivor空間。

而由于老年代的特點(diǎn)是每次回收都只回收少量對(duì)象，一般使用的是Mark-Compact算法。

以上這篇淺析Java內(nèi)存模型與垃圾回收就是小編分享給大家的全部?jī)?nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。