Java内存模型以及垃圾回收算法

目录

1.内存区域划分【物理】

2.垃圾回收

3.Java中volatile的作用

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1.内存区域划分【物理】

线程私有区：

1)程序计数器：可看作是当前线程所执行字节码的行号指示器

2)虚拟机栈【-Xss:设置栈的深度】

----虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型，每个方法执行的同时都会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。声明周期与线程相同。

局部变量表：存放了编译器可知的各种基本数据类型（8大基本数据类型）、对象引用。局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在帧中分配多大的局部变量空间完全确定的，在执行期间不会改变局部变量表大小。

虚拟机栈会产生两种异常：

a.如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，会抛出StackOverFlowError异常

b.虚拟机在动态扩展时无法申请到足够的内存，会抛出OOM

   3)本地方法栈

与虚拟机栈不同的是虚拟机栈为JVM执行的Java方法服务，而本地方法栈为虚拟机使用的Native方法使用

线程共享区：

1. Java堆：数组元素和对象【-Xms:设置堆的最小值；-Xmx:设置堆的最大值；-Xmn:设置新生代内存大小】
2. 方法区：已加载的类信息、常量与及静态变量
3. 运行时常量池：方法区的一部分，符号引用与字面量

 

2.垃圾回收

如何判断对象是否存活？à唤醒阶段（Object类的finalize（））à如何进行垃圾回收（GC算法）

2.1判断对象是否存活：

（1）引用计数【无法解决对象循环引用问题】

----给对象增加一个计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加1；当引用失效时，计数器减1；任何时刻计数器为0的对象就是不能再被使用的，即对象已“死”。

（2）可达性分析：

哪些对象可以作为GC Roots

（1）本地方法栈、虚拟机栈中中引用的对象；

（2）类中的静态变量与常量

**JDK1.2关于引用的扩充**[如下表所示]

强引用	程序中普遍存在的例，只要对象被任意一个强引用指向，无论是否发生内存溢出，都不能回收被强引用指向的对象
软引用	SoftReference描述软引用，若对象只被软引用指向，当内存够用时不回收此对象，当内存不够用时，会回收掉所有被软引用指向的对象，软引用对象为有用但非必需对象，（如缓存对象）
弱引用	弱引用也是用来描述非必需对象的。但是它的强度要弱于软引用，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾回收发生之前，当垃圾回收器开始进行工作时，无论当前内容是否够用，都会回收掉只被弱引用关联的对象。使用WeakeReference类来实现弱引用。
虚引用	虚引用也被称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。

注：即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非“非死不可”的，这时候它们暂时处在“缓刑阶段”。要宣告一个对象的真正死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析之后发现没有与GCRoots相连接的引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize（）方法。当对象没有覆盖finalize（）方法或者是已经被JVM调用过，虚拟机会将这两种情况都视为“没有必要执行”，此时的对象才是真正“死对象”

          如果这个对象被判定为有必要执行finalize（）方法，那么这个对象将会被放置在一个叫做F-Queue的队列之中，并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它（这里所说的执行指的是虚拟机会触发finalize（）方法）fianalize（）方法是对象逃脱死亡的最后一次次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模标记，如果对象在finalize（）中成功拯救自己（只需要重新与引用链上的任何一个对象建立起关联关系即可），那在第二次标记时它将会被移出“即将回收”的集合；如果对象这时候还是没有逃脱，基本上它就是真的被回收了。

2.2垃圾回收算法

（1）标记-清除算法【最基础的收集算法】

          a.标记：标记处所有需要回收的对象

          b.清除：在标记完成之后统一回收所有被被标记的对象

          不足：

a.效率问题：标记和清除这两个过程的效率都不高

b.空间问题：标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致程序运行中需要大对象时，无法找到足够连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集。

（2）复制算法：

        将可用内存划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块，当这块内存需要进行垃圾回收时，会将此区域还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已经使用过的内存区域一次清理掉。这样做的好处是每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不需要考虑内存碎片等复杂情况，只需要移动堆顶指针，按顺序分配即可。

        新生代中98%的对象都是“朝生夕死的”，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存（新生代内存）分为一块较大的Eden（伊甸园）空间和两块较小的Survivor（幸存者空间），每次使用Eden和其中一块Survivor（两个survivor区域一个称为From区，一个称为To区域）。当回收时，将Eden和Survivor中还存活的对象一次性复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间

        HotSpot实现的复制算法流程：

1. 当Eden区满的时候，会触发第一次Minor GC，把还活着的对象拷贝到Survivor From区；当Eden区再次触发Minor GC,会扫描Eden区和From区域，对两个区域进行垃圾回收，经过这次回收后还存活的对象，则直接赋值到To区域，并将Eden和From区域清空。
2. 当后续Eden又发生Minor GC的时候，会对Eden和To区域进行垃圾回收，存活的对象复制到From区域，并将Eden和To区域清空。
3. 部分对象会在From和To区域中复制来复制去，如此交换15次（由JVM参数MaxTenURingThreshold）决定，这个参数默认值是15，最终如果还是存活，就存入老年代。

（3）标记整理算法（老年代回收算法）

                 与“标记-清除”过程一致，但后续步骤不回收直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活对象都想一端移动，然后直接清理掉。

当前JVM垃圾收集都采用的是“分代收集”算法，这个算法并没有新思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代。在新生代中，每次回收都有大批对象死去，只有少量存活，因此我们采用复制算法；而在老年代中独享存活率较高。没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用“标记-清除”或者“标记整理算法”

**了解Minor GC和Full GC么，这两种GC有什么不一样吗？

Minnor GC又称为新生代GC：指的是发生在新生代的垃圾收集。因为Java对象大多都具备招生夕灭的特性，因此Minor GC(复制算法)非常频繁，一般回收速度也比较快

Full GC又成为老年代GC或者Major GC：只发生在老年代的垃圾收集。出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（并非绝对，在Parallel Scavenge收集器中就有直接进行Full GC 的策略选择过程）Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上

3.Java中volatile的作用

1. 保证被volatile变量修饰的内存可见性：当一条线程修改了这个变量的值，新增对于其他线程来说是可以立即得知的。
2. 禁止指令重排；
3. 当程序执行到volatile变量的读操作或者写操作时，在其前面的操作的更改肯定全部已经执行，且结果已经对后面的操作可见，在其后面的操作肯定还没有进行；
4. 在进行指令优化时，不能将在对volatile变量访问的语句放在其后面执行，也不能把volatile变量后面的语句放到其前面执行。