以下信息摘录自：深入理解JVM的内存结构及GC机制

JVM内存管理

根据JVM规范，JVM把内存区域划分成了以下几个区域：

1.方法区（Method Area）
2.堆区（Heap）
3.虚拟机栈（VM Stack）
4.本地方法栈（Native Method Stack）
5.程序计数器（Program Counter Register）

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其中方法区和堆是所有线程共享的

方法区（Method Area）

方法区存放的是要加载的类的信息（包括类型、修饰符等）、静态变量(关于静态变量和静态方法的存储请参考：# where is a static method and a static variable stored in java. In heap or in stack memory)、构造函数、final定义的常亮、类中的字段和方法等字符串信息。方法区是全局共享的，在一定条件下也会被GC。当方法区超过允许的大小时，就会抛出OutOfMemory：PermGen Space异常。

在Hotspot虚拟机中，这块区域对应持久代（Permanent Generation），一般来说，在方法区上执行GC的情况很少，这也就是方法区被称作持久代的原因之一，但这并不代表方法区上就完全没有被GC的可能，方法区中的GC主要针对常量池的回收和已加载类的卸载。在方法区上进行GC，条件相当苛刻而且困难。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分，用于存储编译器生成的常亮和引用。一般来说，常量的分配在编译时就能确定，但也不全是，也可以存储在运行时产生的常量。比如String类的intern()方法，作用是String类维护了一个常量池，如果调用的字符"Hello"已经在常量池中，则直接返回常量池的地址，否则新建一个常量放入常量池中，并返回地址。

堆区（Heap）

堆区是GC发生最频繁的地方，也是理解GC机制最重要的区域。堆区是由所有的线程共享的，在虚拟机启动的时候创建。堆区主要用于存放对象实例及数组，凡是通过new生成的对象都存放在堆中，对于堆中的对象生命周期的管理由Java虚拟机的垃圾回收机制GC进行回收和统一管理。类的非静态成员变量也放在堆区，其中基本数据类型是直接保存值，而复杂类型是保存指向对象的引用，非静态成员变量在类的实例化时开辟空间并且初始化。所以你要知道类的几个时机，加载-连接-初始化-实例化。

虚拟机栈（VM Stack）

虚拟机栈占用的操作系统内存，每个线程对应一个虚拟机栈，他是线程私有的，生命周期和线程一样，每个方法被执行时产生一个栈桢（Statck Frame)，栈桢用于存储局部变量表、动态链接、操作数和方法返回值等信息，当方法被调用时，栈桢入栈，当方法调用结束时，栈桢出栈。

局部变量表中存储着方法相关的局部变量，包括各种基本数据类型及对象的引用地址等，因此他有个特点：内存空间可以在编译时间就确定，运行时不再改变。

虚拟机栈定义了两种异常类型：StackOverFlowError(栈溢出)和OutOfMemoryError（内存溢出）。如果线程调用的栈深度大于虚拟机允许的最大深度（比如递归调用），则会抛出StackOverFlowError，不过大多数虚拟机都允许动态扩展虚拟机栈的大小，所以线程可以一直申请栈内存，知道内存不足时，抛出OutOfMemoryError。

本地方法栈（Native Method Stack）

本地方法栈用于支持native方法的执行，存储了每个native方法的执行状态。本地方法栈和虚拟机栈他们的运行的方式一致，唯一得到区别就是：虚拟机栈执行jaba方法，本地方法栈执行native方法。在很多虚拟机中（如Sun的JDK默认的HotSpot虚拟机），会将虚拟机栈和本地方法栈一起使用。

程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器是一个很小的内存区域，不在RAM上，而是直接划分在CPU上，程序员无法操作它，它的作用是：JVM在解释字节码（.class）文件时，存储当前线程执行的字节码行号，只是一种概念类型，各种JVM所采用的的方式不一样。字节码解释器工作时，就是通过改变程序计数器的值来取下一条要执行的指令，分支、循环、跳转等基础功能都是依赖此技术区来完成的。

每个程序计数器只能记录一个线程的行号，因此它是线程私有的。

如果程序当前正在执行的是一个Java方法，则程序计数器记录的是正在执行的虚拟机字节指令的地址，如果执行的是native方法，则计数器的值为空，此内存区是唯一不会抛出OutMemoryError的区域。

GC机制

随着程序的运行，内存中的实例对象、变量等占据的内存越来越多，如果不及时的进行回收，会降低程序的运行效率，甚至引发系统异常。

在上面分析得五个内存区域中，有3个是不需要进行内存回收的：本地方法栈、程序计数器、虚拟机栈。因为他们的生命周期是和线程同步的，随着线程的销毁，他们占用的内存会自动释放。所以，只有方法区和堆区需要进行垃圾回收，回收的对象就是那些不存在任何引用的对象。

查找算法

经典的引用计数算法，每个对象添加到引用计数器，每被引用一次，计数器+1，失去莹莹，计数器-1，当计数器在一段时间内为0时，即认为该对象可以被回收了。但是这个算法有一个明显的缺陷，当存在两个对象相互引用时，但这两个对象都没被其他对象引用时，理论上应该把二者都回收掉，但是由于他们自己相互引用造成计数器不为0，不符合垃圾回收的条件，所以就导致无法回收这一块内存区域。因此，sun的JVM并没有采用这种算法，而是采用一个叫做根搜索算法，如图：

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基本思想是：从一个叫做GC的根节点出发，向下搜索，如果一个对象不能达到GC ROOTS的时候，说明该对象不再被引用，可以被回收。如上图中Object5、Object6、Object7，虽然他们三个依赖相互引用，但是他们其实已经没有作用了，这样就解决了引用计数算法的缺陷。

补充概念，在JDK1.2之后引入了四个概念：强引用、软引用、弱引用、虚引用。

强引用：只要是直接new出来的对象都是强引用，当对象还被其他变量引用的时候GC无论如何都不会回收，即使抛出OOM异常。
软引用：只有当JVM内存不足时才会被回收。
弱引用：只要GC，就会立马被回收，不管内存时候充足。
虚引用：可以忽略不计，JVM完全不在乎虚引用，你可以理解它是用来凑数的。它唯一的作用就是做一些跟踪记录，辅助finalize函数的使用。

最后总结一下，什么样的对象需要被回收：

1.该类的所有实例都已经被回收；
2.加载该类的ClassLoad已经被回收；
3.该类对应的反射类java.lang.Class对象没有被任何实例引用。

内存分区

堆内存主要被分为三块：新生代（Youn Generation）、旧生代（Old Generation）、持久代（Permanent Generation）。三代的特点不同，造就了他们使用的GC算法不同，新生代适合生命周期较短，快速创建和销毁的对象，旧生代适合生命周期较长的对象，持久代在Sun Hotpot虚拟机中就是指方法区（有些JVM根本就没有持久代这一说法）。

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新生代（Youn Generation）:大致分为Eden区和Survivor区，Survivor区又分为大小相同的两部分：FromSpace和ToSpace。新建的对象都是从新生代分配内存的，Eden区不足时会把存活的对象转移到Survivor区。当新生代进行垃圾回收时会发出Minor GC（也称作Youn GC）。

旧生代（Old Generation）：旧生代用于存储新生代多次回收依然存活的对象，如缓存对象。当旧生代满了的时候就需要对旧生代进行回收，旧生代的垃圾回收称作Major GC（也叫做Full GC）。

持久代（Permanent Generation）：在Sun 的JVM中就是指方法区的意思，尽管大多数JVM没有持久代。

GC算法

常见的GC算法：复制、标记-清除和标记-压缩
复制：复制算法采用的方式为从根集合进行扫描，将存活的对象移动到一块空闲得到区域，如图所示：

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当存活的对象较少时，复制算法会比较搞笑（新生代的Eden区就是采用这种算法），其带来的成本就是需要一块额外的空闲控件和对象的移动。

标记-清除：该算法采用的方式是从根集合开始扫描，对存活的对象进行标记，标记完毕后，在扫描整个空间中未被标记的对象，并进行清除。标记-清除的过程如下：

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上图中蓝色部分是有被引用的对象，黄色部分是没有被引用的对象。在标记阶段，需要进行全盘扫描，这个过程是比较耗时的。
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清除阶段清理的是没有被引用的对象，存活的对象呗保留。
标记-清除动作不需要移动对象，且仅对不存活的对象进行清理，在空间中存活对象较多时比较高效，但由于只是清除，没有重新整理，当未被引用对象较多时，会造成内存碎片。

标记-压缩：该算法与标记-清除算法类似，都是想对存活的对象进行标记，但是在清除后会把活的对象向左端空间空间进行移动，然后再更新其引用对象的指针，如下图所示：

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由于进行了移动规整动作，改算法避免了标记-清除算法的内存碎片问题，但由于需要进行移动，因此成本也增加了。（该算法适用于旧生代）

垃圾回收器

在JVM中，GC是由垃圾回收器来执行，所以，在实际应用场景中，我们需要选择合适的垃圾收集器，下面我们介绍一下垃圾收集器。

Serial GC（串行收集器）

serial GC是最古老也是最基本的收集器，但是现在依然被广泛使用，JAVA SE5和JAVA SE6中客户端虚拟机采用的是默认的配置。比较适合于只有一个处理器的系统。在串行处理器中minor和major GC过程都是用一个线程进行回收的。它的最大特点就是在进行垃圾回收时，需要对所有正在执行的线程暂停（stop the world），对于有些应用是难以接受的，但是如果应用的实时性要求不是那么高，只要停顿的时间控制在指定范围之内，大多数应用还是可以接受的，而且，事实上它并没有让我们失望，几十毫秒的停顿，对于我们客户端是完全可以接受的，该收集器适用于单CPU、新生代控件较小且对暂停时间要求不是特别高的应用上，是client级别的默认GC方式。

ParNew GC（新式GC）

基本上和serial GC一样，单本质却别就是加入了多线程机制，提高了效率，这样它就可以被用于服务端上，同时它可以与CMS GC配合，所以，更加有理由将他用于server端。

Parallel Scavenge GC（并行清除GC）

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用，是server级别的默认GC方式。

CMS (Concurrent Mark Sweep)GC

该收集器的目标是解决Serial GC停顿的问题，以达到最短回收时间。常见的B/S架构的应用就适合这种收集器，因为其高并发、高响应的特点，CMS是基于标记-清除算法实现的。

CMS收集器的优点：并发收集、低停顿，但远没有达到完美；
CMS收集器的缺点：

1.CMS收集器对CPU资源非常敏感，在并发阶段虽然不会导致用户停顿，但是会占用CPU资源而导致应用程序变慢，总吞吐量下降。
2.CMS收集器无法处理浮动垃圾，可能出现“Concurrnet Mode Failure”，失败而导致另一次的Full GC。
3.CMS收集器是基于标记-清除算法的实现，因此也会产生碎片。

G1收集器

相比CMS收集器有不少改进，首先，基于标记-压缩算法，不会产生内存碎片，其次可以比较精确的控制停顿。

Serial Old收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样使用一个单线程执行收集，使用“标记-整理”算法。主要使用在Client模式下的虚拟机。

Parallel Old收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法

RTSJ垃圾收集器

RTSJ垃圾收集器，用于Java实时编程