java之 JVM 内存管理详解

一、JVM结构

根据《java虚拟机规范》规定，JVM的基本结构一般如下图所示：

从左图可知，JVM主要包括四个部分：

1.类加载器（ClassLoader）:在JVM启动时或者在类运行时将需要的class加载到JVM中。（右图表示了从java源文件到JVM的整个过程，可配合理解。 关于类的加载机制，可以参考http://blog.csdn.net/tonytfjing/article/details/47212291）

2.执行引擎：负责执行class文件中包含的字节码指令（执行引擎的工作机制，这里也不细说了，这里主要介绍JVM结构）；

3.内存区（也叫运行时数据区）：是在JVM运行的时候操作所分配的内存区。运行时内存区主要可以划分为5个区域，如图：

 

方法区(Method Area)：用于存储类结构信息的地方，包括常量池、静态变量、构造函数等。虽然JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分， 但它却有个别名non-heap（非堆），所以大家不要搞混淆了。方法区还包含一个运行时常量池。

java堆(Heap)：存储java实例或者对象的地方。这块是GC的主要区域（后面解释）。从存储的内容我们可以很容易知道，方法区和堆是被所有java线程共享的。

java栈(Stack)：java栈总是和线程关联在一起，每当创建一个线程时，JVM就会为这个线程创建一个对应的java栈。在这个java栈中又会包含多个栈帧，每运行一个方法就创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、方法返回值等。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java栈中入栈到出栈的过程。所以java栈是现成私有的。

程序计数器(PC Register)：用于保存当前线程执行的内存地址。由于JVM程序是多线程执行的（线程轮流切换），所以为了保证线程切换回来后，还能恢复到原先状态，就需要一个独立的计数器，记录之前中断的地方，可见程序计数器也是线程私有的。

本地方法栈(Native Method Stack)：和java栈的作用差不多，只不过是为JVM使用到的native方法服务的。

二、内存分配

我觉得了解垃圾回收之前，得先了解JVM是怎么分配内存的，然后识别哪些内存是垃圾需要回收，最后才是用什么方式回收。

Java的内存分配原理与C/C++不同，C/C++每次申请内存时都要malloc进行系统调用，而系统调用发生在内核空间，每次都要中断进行切换，这需要一定的开销，而Java虚拟机是先一次性分配一块较大的空间，然后每次new时都在该空间上进行分配和释放，减少了系统调用的次数，节省了一定的开销，这有点类似于内存池的概念；二是有了这块空间过后，如何进行分配和回收就跟GC机制有关了。

java一般内存申请有两种：静态内存和动态内存。很容易理解，编译时就能够确定的内存就是静态内存，即内存是固定的，系统一次性分配，比如int类型变量；动态内存分配就是在程序执行时才知道要分配的存储空间大小，比如java对象的内存空间。根据上面我们知道，java栈、程序计数器、本地方法栈都是线程私有的，线程生就生，线程灭就灭，栈中的栈帧随着方法的结束也会撤销，内存自然就跟着回收了。所以这几个区域的内存分配与回收是确定的，我们不需要管的。但是java堆和方法区则不一样，我们只有在程序运行期间才知道会创建哪些对象，所以这部分内存的分配和回收都是动态的。一般我们所说的垃圾回收也是针对的这一部分。

总之Stack的内存管理是顺序分配的，而且定长，不存在内存回收问题；而Heap 则是为java对象的实例随机分配内存，不定长度，所以存在内存分配和回收的问题；

三、Hotspot JVM 回收站

垃圾回收器负责：

• 分配内存
• 保证所有正在被引用的对象还存在于内存中
• 回收执行代码已经不再引用的对象所占的内存

应用执行时，定位和回收垃圾对象的过程会占用总执行时间的将近25%，这会拖累应用的执行效率。

    

Hotspot VM提供的垃圾回收器是一个分代垃圾回收器（Generational GC）

将内存划分为不同的阶段，也就是说，不同的生命周期的对象放置在不同的地址池中。这样的设计是基于弱年代假设（Weak Generational Hypothesis）：

1.越早分配的对象越容易失效；

2.老对象很少会引用新对象。

年轻代：是所有新对象产生的地方。年轻代被分为3个部分——Enden区和两个Survivor区（From和to）当Eden区被对象填满时，就会执行Minor GC。并把所有存活下来的对象转移到其中一个survivor区（假设为from区）。Minor GC同样会检查存活下来的对象，并把它们转移到另一个survivor区（假设为to区）。这样在一段时间内，总会有一个空的survivor区。经过多次GC周期后，仍然存活下来的对象会被转移到年老代内存空间。通常这是在年轻代有资格提升到年老代前通过设定年龄阈值来完成的。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，from和to是相对的。

年老代：在年轻代中经历了N次回收后仍然没有被清除的对象，就会被放到年老代中，可以说他们都是久经沙场而不亡的一代，都是生命周期较长的对象。对于年老代和永久代，就不能再采用像年轻代中那样搬移腾挪的回收算法，因为那些对于这些回收战场上的老兵来说是小儿科。通常会在老年代内存被占满时将会触发Full GC,回收整个堆内存。

持久代：用于存放VM和Java类的元数据（metadata），以及interned字符串和类的静态变量。持久代对垃圾回收没有显著的影响。 

分代回收的效果图如下：

四、对象在JVM堆区的状态

               

                                    Jvm堆区对象状态转换图  　　　　

              1)可触及状态：程序中还有变量引用，那么此对象为可触及状态。

　　　　2)可复活状态：当程序中已经没有变量引用这个对象，那么此对象由可触及状态转为可复活状态。CG线程将在一定的时间准备调用此对象的finalize方法（finalize方法继承或重写子Object），finalize方法内的代码有可能将对象转为可触及状态，否则对象转化为不可触及状态。

　　　　3)不可触及状态：只有当对象处于不可触及状态时，GC线程才能回收此对象的内存。

 

五、回收原理

    4.1 触发GC（Garbage Collector）的条件

　　　　1)GC在优先级最低的线程中运行，一般在应用程序空闲即没有应用线程在运行时被调用。但下面的条件例外。

　　　　2)Java堆内存不足时，GC会被调用。当应用线程在运行，并在运行过程中创建新对象，若这时内存空间不足，JVM就会强制调用GC线程。若GC一次之后仍不能满足内存分配，JVM会再进行两次GC，若仍无法满足要求，则JVM将报“out of memory”的错误，Java应用将停止。

 

　　4.2 两个重要方法

　　　　4.2.1 System.gc()方法

　　　　　　使用System.gc()可以不管JVM使用的是哪一种垃圾回收的算法，都可以请求Java的垃圾回收。在命令行中有一个参数-verbosegc可以查看Java使用的堆内存的情况，它的格式如下：java -verbosegc classfile    由于这种方法会影响系统性能，不推荐使用，所以不详诉。

 

　　　　4.2.2 finalize()方法

　　　　　　在JVM垃圾回收器收集一个对象之前，一般要求程序调用适当的方法释放资源，但在没有明确释放资源的情况下，Java提供了缺省机制来终止该对象心释放资源，这个方法就是finalize（）。它的原型为：protected void finalize() throws Throwable   在finalize()方法返回之后，对象消失，垃圾收集开始执行。原型中的throws Throwable表示它可以抛出任何类型的异常。

　　　　　　之所以要使用finalize()，是存在着垃圾回收器不能处理的特殊情况。例如：1）由于在分配内存的时候可能采用了类似 C语言的做法，而非JAVA的通常new做法。这种情况主要发生在native method中，比如native method调用了C/C++方法malloc()函数系列来分配存储空间，但是除非调用free()函数，否则这些内存空间将不会得到释放，那么这个时候就可能造成内存泄漏。但是由于free()方法是在C/C++中的函数，所以finalize()中可以用本地方法来调用它。以释放这些“特殊”的内存空间。2）又或者打开的文件资源，这些资源不属于垃圾回收器的回收范围。

　     　4.3 减少GC开销的措施

　　　　1)不要显式调用System.gc()。此函数建议JVM进行主GC,虽然只是建议而非一定,但很多情况下它会触发主GC,从而增加主GC的频率,也即增加了间歇性停顿的次数。大大的影响系统性能。

　　　  2)尽量减少临时对象的使用。临时对象在跳出函数调用后,会成为垃圾,少用临时变量就相当于减少了垃圾的产生,从而延长了出现上述第二个触发条件出现的时间,减少了主GC的机会。

　　　　3)对象不用时最好显式置为Null。一般而言,为Null的对象都会被作为垃圾处理,所以将不用的对象显式地设为Null,有利于GC收集器判定垃圾,从而提高了GC的效率。

　　　　4)尽量使用StringBuffer,而不用String来累加字符串。由于String是固定长的字符串对象,累加String对象时,并非在一个String对象中扩增,而是重新创建新的String对象,如Str5=Str1+Str2+Str3+Str4,这条语句执行过程中会产生多个垃圾对象,因为对次作“+”操作时都必须创建新的String对象,但这些过渡对象对系统来说是没有实际意义的,只会增加更多的垃圾。避免这种情况可以改用StringBuffer来累加字符串,因StringBuffer是可变长的,它在原有基础上进行扩增,不会产生中间对象。

　　　　5)能用基本类型如Int,Long,就不用Integer,Long对象。基本类型变量占用的内存资源比相应对象占用的少得多,如果没有必要,最好使用基本变量。

　　　　6)尽量少用静态对象变量。静态变量属于全局变量,不会被GC回收,它们会一直占用内存。

　　　　7)分散对象创建或删除的时间。集中在短时间内大量创建新对象,特别是大对象,会导致突然需要大量内存,JVM在面临这种情况时,只能进行主GC,以回收内存或整合内存碎片,从而增加主GC的频率。集中删除对象,道理也是一样的。它使得突然出现了大量的垃圾对象,空闲空间必然减少,从而大大增加了下一次创建新对象时强制主GC的机会。

 

六、次收集（Minor GC）和全收集（Full GC）

当这三个分代的堆空间比较紧张或者没有足够的空间来为新到的请求分配的时候，垃圾回收机制就会起作用。有两种类型的垃圾回收方式：次收集和全收集。当年轻代堆空间满了的时候，会触发次收集将还存活的对象移到年老代堆空间。当年老代堆空间满了的时候，会触发一个覆盖全范围的对象堆的全收集。

 

次收集

• 当年轻代堆空间紧张时会被触发
• 相对于全收集而言，收集间隔较短

全收集

• 当老年代或者持久代堆空间满了，会触发全收集操作
• 可以使用System.gc()方法来显式的启动全收集
• 全收集一般根据堆大小的不同，需要的时间不尽相同，但一般会比较长。不过，如果全收集时间超过3到5秒钟，那就太长了[1]

source： 

http://www.importnew.com/1551.html

http://www.cnblogs.com/wabi87547568/p/5282892.html