JVM内存模型及GC【待完成】

java内存区域

内存模型
垃圾回收算法
GC收集器

JVM有哪些分区，分别有什么作用？

包含程序计数器，java虚拟机栈，本地方法栈，堆，方法区。
线程私有：程序计数器，java虚拟机栈，本地方法栈.。
线程公有：堆，方法区。
程序计数器是当前程序执行字节码的行号指示器。
java虚拟机栈，一个个栈帧对应的是一个个被调用的方法，栈帧中包含局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口 returnaddress。
本地方法栈：同java虚拟机栈 不过针对的是native方法
堆：存放对象实例
方法区：最重要的就是运行时常量池。

程序计数器

程序计数器是一块比较小的内存空间，它可以看作是当前线程所执行的字节码的行号指示器。字节码解释器工作的时候就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复等等基础功能都需要这个计数器来完成。
由于java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何确定时刻，一个处理器只能执行一个线程中的指令，所以为了在线程切换过程中，确保每一个线程切换回来的时候都能回到正确的执行位置，所以每一个线程都需要独立的程序计数器，各条线程中的程序计数器互不干涉互不影响独立存储，所以程序计数器是线程私有的。
如果线程正在执行的是java方法，那么计数器指向的就是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，如果是native方法，则值为空。此内存区域是唯一一个在java虚拟机规范中没有执行OOM情况的区域。

java虚拟机栈

java虚拟机栈生命周期与线程相同，它描述的是java方法执行的内存模型：
每个方法在执行过程中都会创建一个栈帧，用来存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。一个方法从调用直至完成，就对应着一个栈帧从入栈到出栈的过程。
局部变量表，存储编译期可知各种基本数据类型，对象引用（reference类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此相关的位置）。
long和double占两个局部变量空间，其他的数据类型占一个。
局部变量表所需要的内存空间在编译期间完成分配，进入方法时,这个方法需要帧中分配多大的局部变量空间都是完全确定的，运行期间不会改变局部变量表的大小。
对于java虚拟机规范而言，如果线程请求的栈深度大于虚拟机允许的深度则抛出stackOverflowError异常，如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分java虚拟机栈可以动态扩展，同样也允许固定长度的虚拟机栈）扩展时如果无法申请到足够的内存，就会抛出OutofMemoryError。

本地方法栈

本地方法栈跟java虚拟机栈极其类似，不过java虚拟机栈是为java方法服务，本地方法栈为虚拟机使用到的native方法服务。
本地方法栈同样会抛出栈异常和oom异常。

java堆

堆是java虚拟机管理内存中的最大的一块，被所有线程共享的内存区域。
虚拟机启动时创建，主要作用就是存放对象实例，几乎所有的实例对象都在这里分配内存。在java虚拟机规范中描述是所有的对象实例和数组都要在堆上分配，但是也不绝对。随着JIT编译器发展和逃逸分析技术成熟，栈上分配和标量替换优化技术导致不这么绝对。
堆也是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被叫成GC堆。
由于现在收集器基本都采取了分代收集算法，所以java堆可以分成新生代和老年代。再细分就是eden空间，from survivor空间，to survivor空间等。
从内存分配的角度来说，堆还可能分出多个线程私有的分配缓冲区 thread local allocation buffer，存储的依然是对象实例，目标也是为了更好地回收内存，或者更快的分配内存。

java方法区

方法区与java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已经被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等等。
对于习惯hotspot虚拟机开发的程序员来说，方法区有个别名叫永久代。
hotspot虚拟机开发团队选择吧GC分代手机扩展至方法区。这样垃圾收集器就可以像管理堆一样的来管理这部分内存，但是容易出现内存溢出的问题。
这个区域主要回收的目标是常量池的回收和对类型的卸载。

运行时常量池

方法区的一部分，用来存放编译期生成的各种字面量和符号引用。这部分内容在类加载后进去方法区的运行时常量池中存放。
除了保存class文件中描述的符号引用，还会把翻译出来的直接引用也丢进运行时常量池。
运行时常量池的另一个重要特征是具备动态性，没有一定要求常量在编译期产生，运行期间也可以把新的常量放入池中，这种特性用的比较多的就是string类的inern（）方法。

直接内存

首先说明，它不是虚拟机运行时数据区的一部分，也不是java虚拟机规范中定义的内存全区域。
在JDK1.4中新增加了NIO类，引入了基于通道channel和缓冲buffer的IO方式，它可以使用native函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在java堆上的DirectByteBuffer对象来作为这块内存的引用进行操作。

判断对象是否存活

java堆中存放了大量的实例，所以每次垃圾回收之前必须要判断哪些对象还活着，哪些对象已经死了。
1 引用记数法
给对象加一个引用计数器，没当有一个引用时+1，引用失效-1
无法解决对象循环引用的问题
2 可达性分析法 通过一系列被称为GC roots的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索。走过的路径被称为引用链，如果一个对象到gcroots没有任何引用链，代表此对象不可用。

可以作为GC root对象

1 java虚拟机栈中引用的对象
2 方法区类的静态属性引用的对象
3 方法区中常量引用的对象
4 本地方法栈汇总jni引用的对象

java引用强度

强度依次是：强软弱虚
强引用：程序代码中普遍存在，类似于object obj=new Object（）
这一类的引用，只要强引用还在，那么垃圾收集就不会收集这类引用的对象。
软引用：描述还有用但是非必须的对象。
在系统将要发生内存溢出之前，会把这些对象列为回收范围进行二次回收，如果回收完还是没有足够的内存才会抛出内存溢出异常 SoftReference

弱引用：描述非必须对象，弱引用对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前，当垃圾收集时，无论内存是否够，都会回收弱引用。weakreference

虚引用：也被称为幽灵引用和幻影引用，对象是否有虚引用，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来获取对象实例，仅仅是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。PhantomReference

finalize方法

对象不可达对象并非非死不可，对象真正宣告死亡，至少经历两次标记过程。如果对象经过可达性分析法发现没有与gcroots相连接的引用链，那它将会被第一次标记且进行一次筛选，筛选条件就是他是否有必要执行finalize方法，当对象没有覆盖finalize方法，或者是finalize方法已经被虚拟机调用过了，那么虚拟机认为这两种情况都属没有必要执行。
当被判断有必要执行的时候，对象会被放入F-Queue的队列，并且稍后由一个虚拟机自动建立，低优先级的线程去执行。稍后gc会对f-queue进行第二次小规模的标记，只要对象在finalize中重新跟引用链上任何一个对象建立关联即可在第二次标记中被移除F-Queue，如果还是没有建立连接则被回收。

垃圾收集

垃圾收集算法

标记清除算法
复制算法
标记整理
分代手机算法

标记清除算法

标记-清除两个阶段，首先标记所有需要回收的对象，然后标记完毕之后统一回收。
两大问题：效率问题，标记和清除两个过程效率都不高
标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多的话可能会导致以后程序在运行过程中需要分配较大的对象，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。