Java虚拟机内存管理机制

JVM运行时数据区:

1. 虚拟机栈
   虚拟机栈包含了局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等。每个方法从执行到完成就是一个栈帧入栈到出栈的过程，出栈以后会返回一条字节指令的地址( returnAddress 类型，也就是回到方法刚开始执行的地方，程序计数器记录的位置)。局部变量表存放了基本数据类型，对象引用类型，returnAddress 类型。
   当执行的方法过多，压入栈的深度超过了规定的最大深度则会出现 StackOverFlowError；当然现在大部分的虚拟机都是可以扩展栈深度，一旦扩展深度的时候分配不了内存了，就会出现 OutOfMemoryError。
2. 本地方法栈
   与虚拟机栈类似。不同点在于本地方法栈执行的是 native 方法，另外在执行本地方法栈的时候returnAddress则为null
3. 方法区
   方法区存放着已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量以及即时编译后的代码
4. 堆区
   堆区主要分为新生代区和老年代区，新生代区又可以分为 Eden 区， From Survivor 区， To Survivor 区。主要存放对象实例
5. 程序计数器
   当前程序执行的行号指示器。指令进行分支，循环，跳转，异常处理，线程恢复都依赖程序计数器来完成。各个线程之间相互独立。

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GC

• Minor GC
  当Eden区满的时候便会触发一次 Minor GC，清理的是新生代区的内存。原则上来说内存空间分配越快，GC的越频繁。

• Major GC
  当老年代区满的时候便会触发一次 Major GC，清理的是老年代区的内存

• Full GC
  清理所有区的内存

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堆内存

• Eden 区
  伊甸园区，顾名思义就是对象"出生"的地方。一个对象在被创建之后就会被放入 Eden 区。

• survivor 区
  幸存者区，survivor 区有两个。当发生一次 Minor GC 的时候，Eden 区和其中一个 survivor 区未被回收的对象将通过复制算法进入另外一个 survivor 区内，然后清除掉 Eden 区和前一个 survivor 区的对象。之后每发生一次 Minor GC ，survivor 区内的剩余的对象就会被复制到另外一个 survivor 区内，然后清理掉前一个 survivor 区的对象，这样可以保证其中一个 survivor 区是空的。每次发生 Minor GC ，剩余存活下来的对象计数会加1，知道计数达到上限的时候。

• old 区
  老年代区。有两种情况会进入老年代区:一种是在 Minor GC 多次以后依然存活在 survivor 区的对象，当计数达到上限的时候会进入老年代区；另一种则是大对象(特别长的字符串或者是数组)在发生一次 Minor GC 时就会进入老年代区(主要是因为 survivor 区本身分配的内存不多)。而当发生 Major GC 时，老年代区的对象将会被回收。

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判断对象是否需要被回收

• 引用计数法
  给一个对象添加引用计数器，一旦被引用就会加1，一旦释放引用就减1。当计数为0时，代表当前对象没有被引用，那么可以被回收
  优点：逻辑简单，操作简单
  缺点：一旦两个对象被相互引用，那么当这两个对象都没有被使用的时候依然无法被回收。
• 可达性分析法
  为了解决引用计数法的问题，于是就有了可达性分析法，根据 GC Roots 来判断是否需要被回收。
  GC Root 可以分为四类
  • 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象；
  • 方法区中类静态属性引用的对象；
  • 方法区中常量引用的对象；
  • 本地方法栈中 JNI（Native 方法）引用的对象。

当然通过可达性分析法判断对象GC Roots不可达的时候，虚拟机也不会立刻去回收对象。GC 时先判断该对象是否重写了 finalize 方法。
如果重写了 finalize 方法，将会将对象放置到一个F-Queue的队列中，然后由虚拟机自动创建一个低优先级的Finalizer线程去执行它，(注意此时对象是可以通过再次与 GC Root 相连接的方式让自己重新"复活")之后 GC 会再次判断该对象是否 GC Roots 可达,此时如果依然不可达，那么才会真正的进行回收
如果没有重写 finalize 方法，那么虚拟机就会直接回收该对象
如果之前已经执行过一次 finalize 方法，那么虚拟机就会直接回收该对象。换句话说，一个对象在完整 的生命周期中只可能会调用一次 finalize 方法

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回收算法

1. 标记-清除算法:
   标记阶段:根据可达性分析法，标记出有被 GC Roots 引用的对象
   清除阶段:遍历整个堆区，找出那边没有被标记的对象(说明这些对象已经没有被引用了)，然后进行GC操作

   
   
   标记-清除算法.jpg

2. 复制算法:
   将对应的区块分成两个部分，每次只使用其中一部分。当要进行回收的时候，将这一块存活的对象复制到另一块中，然后清空当前块的对象

复制算法.jpg

3. 标记-整理算法:
   标记方式与1相同，不同点是标记完成后将标记的对象和未标记的对象分开，让标记对象和未标记对象各自处在一个连续的内存分配空间上。这样就不需要遍历整个堆区，只要直接对其中一整块进行操作即可

标记-整理算法.jpg

标记-清除算法:内存回收以后碎片化比较严重，之后无法存放大内存对象，会造成频繁 GC
复制算法:效率最高，但是由于要牺牲掉一部分内存，所以导致内存使用率不高
标记-整理算法:相较于标记-清除算法优势很明显，不会出现碎片化的内存区块，但是相应的 GC 效率也就比标记-清除算法低了

三种算法各有优缺点，因此绝大部分虚拟机都是采用的分代收集算法。

• 由于新生代区 GC 频率远远大于老年代区，所以必须得使用效率高的算法，标记-整理算法排除。另外新生代区 Eden 区，From survivor 区和 To survivor 区分配比例为 8:1:1，每次 GC 以后剩下的对象会进入空闲的 survivor 区中，使用复制算法也仅仅只会浪费 10% 的空间就可以提升效率，而且内存也会比较完整不会出现碎片化的情况。
• 老年代区 GC 频率低，而且老年代的对象本身存活率高。如果使用复制算法，将会浪费一部分空间，导致内存不足的情况发生。然后一旦发生 Minor GC ，剩余的对象进入老年代发现无法分配内存就会出现 OutOfMemoryError。因此这里会采用标记-清除算法或者标记-整理算法