Java虛擬機(jī)在執(zhí)行程序時把它管理的內(nèi)存分為若干數(shù)據(jù)區(qū)域，這些數(shù)據(jù)區(qū)域分布情況如下圖所示：
程序計數(shù)器：一塊較小內(nèi)存區(qū)域，指向當(dāng)前所執(zhí)行的字節(jié)碼。如果線程正在執(zhí)行一個Java方法，這個計數(shù)器記錄正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址，如果執(zhí)行的是Native方法，這個計算器值為空。
Java虛擬機(jī)棧：線程私有的，其生命周期和線程一致，每個方法執(zhí)行時都會創(chuàng)建一個棧幀用于存儲局部變量表、操作數(shù)棧、動態(tài)鏈接、方法出口等信息。
本地方法棧：與虛擬機(jī)棧功能類似，只不過虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法服務(wù)，而本地方法棧則為使用到的Native方法服務(wù)。
Java堆：是虛擬機(jī)管理內(nèi)存中最大的一塊，被所有線程共享，該區(qū)域用于存放對象實(shí)例，幾乎所有的對象都在該區(qū)域分配。Java堆是內(nèi)存回收的主要區(qū)域，從內(nèi)存回收角度看，由于現(xiàn)在的收集器大都采用分代收集算法，所以Java堆還可以細(xì)分為：新生代和老年代，再細(xì)分一點(diǎn)的話可以分為Eden空間、From Survivor空間、To Survivor空間等。根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的空間，只要邏輯上是連續(xù)的就行。
方法區(qū)：與Java一樣，是各個線程所共享的，用于存儲已被虛擬機(jī)加載類信息、常亮、靜態(tài)變量、即時編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。
運(yùn)行時常量池，運(yùn)行時常量池是方法區(qū)的一部分，Class文件中除了有類的版本、字段、方法、接口等描述信息外，還有一項信息是常量池，用于存放編譯期生成的各種字面量和符號引用。運(yùn)行期間可以將新的常量放入常量池中，用得比較多的就是String類的intern()方法，當(dāng)一個String實(shí)例調(diào)用intern時，Java查找常量池中是否有相同的Unicode的字符串常量，若有，則返回其引用；若沒有，則在常量池中增加一個Unicode等于該實(shí)例字符串并返回它的引用。
2、垃圾對象如何確定
Java堆中存放著幾所所有的對象實(shí)例，垃圾收集器在對堆進(jìn)行回收前，首先需要確定哪些對象還"活著"，哪些已經(jīng)"死亡"，也就是不會被任何途徑使用的對象。
引用計數(shù)法
引用計數(shù)法實(shí)現(xiàn)簡單，效率較高，在大部分情況下是一個不錯的算法。其原理是：給對象添加一個引用計數(shù)器，每當(dāng)有一個地方引用該對象時，計數(shù)器加1，當(dāng)引用失效時，計數(shù)器減1，當(dāng)計數(shù)器值為0時表示該對象不再被使用。需要注意的是：引用計數(shù)法很難解決對象之間相互循環(huán)引用的問題，主流Java虛擬機(jī)沒有選用引用計數(shù)法來管理內(nèi)存。
可達(dá)性分析算法
這個算法的基本思路就是通過一系列的稱為“GC Roots”的對象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈（Reference Chain），當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連（用圖論的話來說，就是從GC Roots到這個對象不可達(dá)）時，則證明此對象是不可用的。如圖所示，對象object 5、object 6、object 7雖然互相有關(guān)聯(lián)，但是它們到GC Roots是不可達(dá)的，所以它們將會被判定為是可回收的對象。
在Java語言中，可作為GC Roots的對象包括下面幾種：
虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象。
方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象。
方法區(qū)中常量引用的對象。
本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）引用的對象。
現(xiàn)在問題來了，可達(dá)性分析算法會不會出現(xiàn)對象間循環(huán)引用問題呢？答案是肯定的，那就是不會出現(xiàn)對象間循環(huán)引用問題。GC Root在對象圖之外，是特別定義的“起點(diǎn)”，不可能被對象圖內(nèi)的對象所引用。
對象生存還是死亡(To Die Or Not To Die)
即使在可達(dá)性分析算法中不可達(dá)的對象，也并非是“非死不可”的，這時候它們暫時處于“緩刑”階段，要真正宣告一個對象死亡，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程：如果對象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與GC Roots相連接的引用鏈，那它將會被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選，篩選的條件是此對象是否有必要執(zhí)行finapze()方法。當(dāng)對象沒有覆蓋finapze()方法，或者finapze()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，虛擬機(jī)將這兩種情況都視為“沒有必要執(zhí)行”。程序中可以通過覆蓋finapze()來一場"驚心動魄"的自我拯救過程，但是，這只有一次機(jī)會呦。
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/** * 此代碼演示了兩點(diǎn)： * 1.對象可以在被GC時自我拯救。 * 2.這種自救的機(jī)會只有一次，因為一個對象的finapze()方法最多只會被系統(tǒng)自動調(diào)用一次 * @author zzm */pubpc class FinapzeEscapeGC { pubpc static FinapzeEscapeGC SAVE_HOOK = null; pubpc void isApve() { System.out.println("yes, i am still apve :)"); } @Override protected void finapze() throws Throwable { super.finapze(); System.out.println("finapze mehtod executed!"); FinapzeEscapeGC.SAVE_HOOK = this; } pubpc static void main(String[] args) throws Throwable { SAVE_HOOK = new FinapzeEscapeGC(); //對象第一次成功拯救自己 SAVE_HOOK = null; System.gc(); //因為finapze方法優(yōu)先級很低，所以暫停0.5秒以等待它 Thread.sleep(500); if (SAVE_HOOK != null) { SAVE_HOOK.isApve(); } else { System.out.println("no, i am dead :("); } //下面這段代碼與上面的完全相同，但是這次自救卻失敗了 SAVE_HOOK = null; System.gc(); //因為finapze方法優(yōu)先級很低，所以暫停0.5秒以等待它 Thread.sleep(500); if (SAVE_HOOK != null) { SAVE_HOOK.isApve(); } else { System.out.println("no, i am dead :("); } } } |
運(yùn)行結(jié)果為：
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finapze mehtod executed! yes, i am still apve :) no, i am dead :( |
接著說引用
無論是通過引用計數(shù)算法判斷對象的引用數(shù)量，還是通過可達(dá)性分析算法判斷對象的引用鏈?zhǔn)欠窨蛇_(dá)，判定對象是否存活都與“引用”有關(guān)。在JDK 1.2以前，Java中的引用的定義很傳統(tǒng)：如果reference類型的數(shù)據(jù)中存儲的數(shù)值代表的是另外一塊內(nèi)存的起始地址，就稱這塊內(nèi)存代表著一個引用。在JDK 1.2之后，Java對引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為強(qiáng)引用（Strong Reference）、軟引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虛引用（Phantom Reference）4種，這4種引用強(qiáng)度依次逐漸減弱。
• 強(qiáng)引用就是指在程序代碼之中普遍存在的，類似“Object obj = new Object()”這類的引用，只要強(qiáng)引用還存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會回收掉被引用的對象。
• 軟引用是用來描述一些還有用但并非必需的對象。對于軟引用關(guān)聯(lián)著的對象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，將會把這些對象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收。如果這次回收還沒有足夠的內(nèi)存，才會拋出內(nèi)存溢出異常。在JDK 1.2之后，提供了SoftReference類來實(shí)現(xiàn)軟引用。
• 弱引用也是用來描述非必需對象的，但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些，被弱引用關(guān)聯(lián)的對象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前。當(dāng)垃圾收集器工作時，無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。在JDK 1.2之后，提供了WeakReference類來實(shí)現(xiàn)弱引用。
• 虛引用也稱為幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。一個對象是否有虛引用的存在，完全不會對其生存時間構(gòu)成影響，也無法通過虛引用來取得一個對象實(shí)例。為一個對象設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的就是能在這個對象被收集器回收時收到一個系統(tǒng)通知。在JDK 1.2之后，提供了PhantomReference類來實(shí)現(xiàn)虛引用。
軟引用使用示例：
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package jvm;import java.lang.ref.SoftReference;class Node {pubpc String msg = "";}pubpc class Hello {pubpc static void main(String[] args) {Node node1 = new Node(); // 強(qiáng)引用node1.msg = "node1";SoftReference<Node> node2 = new SoftReference<Node>(node1); // 軟引用node2.get().msg = "node2";System.out.println(node1.msg);System.out.println(node2.get().msg);}} |
輸出結(jié)果為：
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node2node2 |
3、典型的垃圾回收算法
1.Mark-Sweep（標(biāo)記-清除）算法
這是最基礎(chǔ)的垃圾回收算法，之所以說它是最基礎(chǔ)的是因為它最容易實(shí)現(xiàn)，思想也是最簡單的。標(biāo)記-清除算法分為兩個階段：標(biāo)記階段和清除階段。標(biāo)記階段的任務(wù)是標(biāo)記出所有需要被回收的對象，清除階段就是回收被標(biāo)記的對象所占用的空間。具體過程如下圖所示：
從圖中可以很容易看出標(biāo)記-清除算法實(shí)現(xiàn)起來比較容易，但是有一個比較嚴(yán)重的問題就是容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，碎片太多可能會導(dǎo)致后續(xù)過程中需要為大對象分配空間時無法找到足夠的空間而提前觸發(fā)新的一次垃圾收集動作。
2. Copying（復(fù)制）算法
為了解決Mark-Sweep算法的缺陷，Copying算法就被提了出來。它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用的內(nèi)存空間一次清理掉，這樣一來就不容易出現(xiàn)內(nèi)存碎片的問題。具體過程如下圖所示：
這種算法雖然實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)行高效且不容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，但是卻對內(nèi)存空間的使用做出了高昂的代價，因為能夠使用的內(nèi)存縮減到原來的一半。
很顯然，Copying算法的效率跟存活對象的數(shù)目多少有很大的關(guān)系，如果存活對象很多，那么Copying算法的效率將會大大降低。
3. Mark-Compact（標(biāo)記-整理）算法
為了解決Copying算法的缺陷，充分利用內(nèi)存空間，提出了Mark-Compact算法。該算法標(biāo)記階段和Mark-Sweep一樣，但是在完成標(biāo)記之后，它不是直接清理可回收對象，而是將存活對象都向一端移動，然后清理掉端邊界以外的內(nèi)存。具體過程如下圖所示：
4.Generational Collection（分代收集）算法
分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根據(jù)對象存活的生命周期將內(nèi)存劃分為若干個不同的區(qū)域。一般情況下將堆區(qū)劃分為老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特點(diǎn)是每次垃圾收集時只有少量對象需要被回收，而新生代的特點(diǎn)是每次垃圾回收時都有大量的對象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。
目前大部分垃圾收集器對于新生代都采取Copying算法，因為新生代中每次垃圾回收都要回收大部分對象，也就是說需要復(fù)制的操作次數(shù)較少，但是實(shí)際中并不是按照1：1的比例來劃分新生代的空間的，一般來說是將新生代劃分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間（一般為8:1:1），每次使用Eden空間和其中的一塊Survivor空間，當(dāng)進(jìn)行回收時，將Eden和Survivor中還存活的對象復(fù)制到另一塊Survivor空間中，然后清理掉Eden和剛才使用過的Survivor空間。
而由于老年代的特點(diǎn)是每次回收都只回收少量對象，一般使用的是Mark-Compact算法。
以上這篇淺析Java內(nèi)存模型與垃圾回收就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持服務(wù)器之家。
