Java-GC机制

JVM内存管理

JVM将内存划分为5个部分：堆、方法区、PC寄存器（也叫程序计数器）、虚拟机栈、本地方法栈

PC寄存器（程序计数器）：用于记录当前线程运行时的位置，每一个线程都有一个独立的程序计数器，线程的阻塞、恢复、挂起等一系列操作都需要程序计数器的参与，因此必须是线程私有的。

java 虚拟机栈：在创建线程时创建的，用来存储栈帧，因此也是线程私有的。java程序中的方法在执行时，会创建一个栈帧，用于存储方法运行时的临时数据和中间结果，包括局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。这些栈帧就存储在栈中。如果栈深度大于虚拟机允许的最大深度，则抛出StackOverflowError异常。当扩展栈的时候无法申请足够的内存空间时，栈也会报OOM。

　　局部变量表：方法的局部变量列表，在编译时就写入了class文件。在栈帧中存该方法的局部变量
　　操作数栈：int x = 1; 就需要将 1 压入操作数栈，再将 1 赋值给变量x。会将结果存入局部变量表

　　方法出口：方法调用完成时要返回的位置

　　动态链接：多态时使用真实的对象调用方法
java 堆：java堆被所有线程共享，堆的主要作用就是存储对象。如果堆空间不够，但扩展时又不能申请到足够的内存时，则抛出OutOfMemoryError异常。

方法区：方发区被各个线程共享，用于存储静态变量、运行时常量池等信息。方法区也是堆中的一部分，就是我们通常所说的Java堆中的永久区。（常量池本身是方法区中的一个数据结构。常量池中存储了如字符串、final变量值、类名和方法名常量。）class文件会加载到方法区

本地方法栈：本地方法栈的主要作用就是支持native方法，比如在java中调用C/C++

GC回收机制

• 哪些内存需要回收？——who
• 什么时候回收？——when
• 怎么回收？——how

1、哪些内存需要回收？

堆是Java虚拟机进行垃圾回收的主要场所，其次要场所是方法区。

 

2、什么时候回收？

• 1.）引用计数算法：给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方应用了对象，计数器加1；当引用失效，计数器减1；当计数器为0表示该对象已死、可回收。但是它很难解决两个对象之间相互循环引用的情况。

  2.）可达性分析算法：通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（即对象到GC Roots不可达），则证明此对象已死、可回收。Java中可以作为GC Roots的对象包括：虚拟机栈中引用的对象、本地方法栈中Native方法引用的对象、方法区静态属性引用的对象、方法区常量引用的对象。

  在主流的商用程序语言（如我们的Java）的主流实现中，都是通过可达性分析算法来判定对象是否存活的。

3、怎么回收？

JAVA GC采用了分代思想,将java堆分成新生代，年老代，永久代。GC算法主要有标记-清除，标记-压缩，复制算法。

• 新生代:新生代被分成三个部分 eden区和2个survivor区(from和to两个分区)。当创建对象，需要jvm分配内存时，会在新生代的eden区寻找合适的内存区域。如果当eden区内存不够时，会触发minor GC。eden区存活对象和from区的存活对象将会被复制到to区。当to区的对象年龄超过了晋升的年龄设置，对象将被提升到老年代。新生代GC用的是复制算法
• 年老代: 年老代里存放的都是存活时间较久的，大小较大的对象，因此年老代使用标记整理算法。当年老代容量满的时候，会触发一次Major GC（full GC），回收年老代和年轻代中不再被使用的对象资源。年老代算法用的是标记-清除
• 永久代:指内存的永久保存区域，主要存放Class和Meta（元数据）的信息。Class在被加载的时候被放入永久区域。它和和存放实例的区域不同，GC不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的Class的增多而胀满，最终抛出OOM异常。

垃圾收集算法

1、标记-清除算法

最基础的算法，分标记和清除两个阶段：首先标记处所需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

它有两点不足：一个效率问题，标记和清除过程都效率不高；一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片（类似于我们电脑的磁盘碎片），空间碎片太多导致需要分配大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾回收动作。

2、复制算法

为了解决效率问题，出现了“复制”算法，他将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只需要使用其中一块。当一块内存用完了，将还存活的对象复制到另一块上面，然后再把刚刚用完的内存空间一次清理掉。这样就解决了内存碎片问题，但是代价就是可以用内容就缩小为原来的一半。

3、标记-整理算法

复制算法在对象存活率较高时就会进行频繁的复制操作，效率将降低。因此又有了标记-整理算法，标记过程同标记-清除算法，但是在后续步骤不是直接对对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一侧移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

4、分代收集算法

当前商业虚拟机的GC都是采用分代收集算法，这种算法并没有什么新的思想，而是根据对象存活周期的不同将堆分为：新生代和老年代，方法区称为永久代（在新的版本中已经将永久代废弃，引入了元空间的概念，永久代使用的是JVM内存而元空间直接使用物理内存）。

这样就可以根据各个年代的特点采用不同的收集算法。

 

通过图文给你讲明白java GC的实现原理    https://blog.csdn.net/future234/article/details/80677140

浅析java内存模型   https://www.cnblogs.com/lewis0077/p/5143268.html

深入理解Java-GC机制    https://blog.csdn.net/qq_36314960/article/details/79923581

对JVM原理的理解（一）     https://blog.csdn.net/RuiKe1400360107/article/details/89031690