jvm内存分配结构与垃圾回收算法

java语言作为高级语言，最主依赖之一就算是内存的自动分配和回收的功能了。
不像c语言那样，需要程序员自己去主动的，申请和释放内存，增加了语言的使用门槛。

jvm内存分配结构

内存分配结构

程序计数器：

程序计数器，是线程私有的一块内存区域（每个线程独立维护），它是当前线程所执行的字节码的行号指示器，记录着正在执行的虚拟机字节码指令地址。
类加载器在加载好字节码class文件后，需要解释器去解释，字节码解释器就是通过程序计数器的值，获取下一条字节码指令地址。
如果线程正在执行一个java方法，这个线程的程序计数器就记录着，正在执行的虚拟字节码指令地址。

栈：

跟数据结构中学到的栈作用类似。用于存储方法的入栈出栈，局部变量表等信息。
栈是线程私有的，每个线程在执行一个方式的时候，都会创建一个栈帧，里边存储着方法执行所需要的局部变量表，方法入栈出栈等信息。

局部变量表存储的变量，包括八种基本类型，和对象的引用。
其中long和double占了两个局部变量空间（slot），其余的占一个。
局部变量表所需要的内存，在编译期时就已经确定，运行期间不会改变局部变量表的大小。

java虚拟机规范里定义了两个种异常。当栈空间不足时（jvm中每个线程的栈空间设置参数-Xss），报**stackOverflowError，jvm支持动态扩展，当设置动态扩展时，如果动态扩展申请不到内存时，报OutOfMemoryError异常

本地方法栈

本地方法栈跟栈功能结构是一样的。
只是栈（又称虚拟机栈），是给java方法使用的。
本地方法栈是作用于native方法的。

提起HotSpot VM，相信所有Java程序员都知道，它是Sun JDK和OpenJDK中所带的虚拟机，也是目前使用范围最广的Java虚拟机。

方法区

方法区（method area）只是JVM规范中定义的一个概念，用于存储类信息、常量池、静态变量、JIT编译后的代码等数据。
不同的jvm厂商对其实现不同，选择把上述数据放到不同的位置实现。
是线程共有的。

而永久代是Hotspot虚拟机特有的概念，是方法区的一种实现，别的JVM都没有这个东西。
在Java 6中，方法区中包含的数据，除了JIT编译生成的代码存放在native memory区域，其他都存放在永久代；
在Java 7中，
常量池”如果说的是runtime constant pool，这个还是在PermGen里；
“常量池”如果说的是SymbolTable / StringTable，这俩table自身原本就一直在native memory里，是它们所引用的东西在哪里更有意思。上面说了，7是把SymbolTable引用的Symbol移动到了native memory，而StringTable引用的java.lang.String实例则从PermGen移动到了普通Java heap。
在Java 8中，永久代被彻底移除，取而代之的是另一块与堆不相连的本地内存——元空间（Metaspace）,‑XX:MaxPermSize 参数失去了意义，取而代之的是-XX:MaxMetaspaceSize。

看上边引用的一段话里，感觉HotSpot vm就是在一步步，去掉永久代这个概念。1.6使用这个概念去实现方法区规范，可能是为了，方便这部分区域的内存管理。
之后想去掉，是为了优化，淡化这个容易混淆的概念。

在1.8版本的jvm里，再也不会又--MaxPermSize参数了。也不会又perm OutOfMemory，取而代之的是另外的参数和概念。

堆

Java虚拟机管理的内存中最大的一块。
所有线程共享的一块区域。此区域唯一的目的就是存放对象的实例。
我们知道垃圾回收是基于分代回收的。为了更好的回收，堆又分为新生代，老年代。
新生代又分为eden区，from survivor区，to survivor区。这些本质上都是存放java对象实例，只是为了更优化的垃圾回收。

直接内存

直接内存不是虚拟机运行时的一部分，但是java中有使用到的地方，使用不当，会导致OutOfMemory。
在NIO中，引入了一种基于通道（channel）和缓冲区（buffer）的I/O方式，它可以使用Native函数库的直接分配堆外内存。这样能在一些场景中显著提高性能。因为避免了来回复制，也就是说所谓的“零拷贝”

垃圾的回收主要是针对堆内存。那么如何判断哪些对象可以回收，算法是什么？

对象回收的判断

内存回收条件的判断：
当一个对象或者变量（内存），没有被引用，就可以被回收了。

引用计数算法

基于这个思路，一个比较古老的方法是，使用计数器，一个对象初始化时，计数器是0，每增加一个引用时，计数器加1，每减少一个引用时，计数器减1。当一个对象的计数器为0时，就可以回收这个对象了。
这种方法很高效，也有很多语言在使用这种方法。但是，这个方法有个缺点，没法解决循环引用的问题。即A对象里的变量引用了B，B对象里的变量引用了A。这个时候，其实，两个对象并没有被实际使用，但是却回收不了。

可达性分析算法

判断一个对象，是否能从任意某根结点gc root找到。
如何确定gc root 。以下四种属于根结点：

虚拟机栈中的引用对象
方法区中类静态属性引用的对象
方法区中常量引用对象
本地方法栈中JNI引用对象

知道了哪些对象可以被回收，来看下都是有哪些回收的算法。以及jvm使用的是哪个垃圾回收算法。

垃圾回收算法

标记-清除算法

把内存区域所有该回收的对象，标记下。回收
缺点：就是会造成很多不连续的内存空间。当有大些的对象时，使用不上。造成浪费。

复制算法

复制算法，把一块内存区域分成两份，每次回收其中一块区域，把存活的对象，顺序对齐的移到另一块区域。这样，回收的区域，就完全是对齐的。
优点：弥补了标记回收算法的缺陷
缺点：浪费，只有50%在工作

标记-清理算法

跟标记-回收算法类似。只是，在标记后，并没有清除，而是整理到了头或尾，对齐了内存。
优点：没有浪费空间。对于每次需要清理的对象，比较少时，比较合适。（所以老年代使用的此方法）

上述算法各有优缺点，实际jvm的垃圾回收算法，是上述算法的混合使用，因为java的应用程序，在创建使用对象时，多数对象可能使用完，立刻就不用了（朝建夕亡），而有些对象存活的时间很长（长时间的被使用）。IBM有个研究表明98%的对象是朝建夕亡。垃圾回收的算法是根据上述情况设计的。

分代回收算法

把内存区域分为年轻代，和老年代的概念。
年轻代，由于存活时间短，很快多数就会被回收掉，所以选择复制算法。减少垃圾碎片。
而老年代，由于存活时间比较长，而且每次清理的对象，可能比较少。所以选择标记-整理算法。

问题：
1.young gc（minor gc）个full gc的触发条件是怎样的？
Minor GC触发条件：当Eden区满时，触发Minor GC。
Full GC触发条件：
（1）调用System.gc时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
（2）老年代空间不足
（3）方法区空间不足
（4）通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
（5）由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小

分代回收的过程是怎样？
知道了，jvm是使用的分代回收算法。看下具体内存分配策略。
年轻代，又分为eden区和2个survivor区，默认比例是8:1:1。
正常对象初始化，在eden区分配内存。eden区的内存满了。就进行一个minor gc，会把eden区和from survivor区的存活的对象，转移到to survivor中，并对存活的对象标记经历次数。
交换两个survivor的作用地位，重复1的动作，把存活次数超过一个数字（可指定）的对象转移到老年代中。
老年代的内存空间，超过某个阀值（可指定）；或者剩余的空间，不足一次minor gc后往老年代转移的对象平均内存大小；或者因为初始化一个大对象，年轻代放不下，直接申请到了老年代，老年代剩余空间也不足。则会进行一次full gc。
full gc中，老年代的回收是用标记-整理算法。

参考《深入理解java虚拟机》周志明著
http://blog.csdn.net/yhyr_ycy/article/details/52566105