JAVA运行时内存及垃圾回收

JAVA

1. Java运行时内存区域

在JAVA运行时的内存区域中，由JVM管理的内存区域分为以下几个模块：

• 程序计数区：由当前线程独占，记录当前线程的字节码文件执行到哪一行。
• 虚拟机栈：由当前线程独占，存放当前线程调用方法的栈帧的栈。
• 本地方法栈：由当前线程独占，和虚拟机栈类似， 只不过虚拟机栈记录的是JAVA方法，本地方法栈记录的是native方法。
• 堆：由所有线程共享，存放对象实例。
• 方法区：由所有线程共享，存储已经被虚拟机加载的类信息，final常量，静态变量，编译器即时编译的代码等。

栈帧补充：每一个线程都有一个虚拟机栈，每当线程中执行一个方法的时候，就会向虚拟机栈中插入一个栈帧，当方法执行完后，再将栈帧出栈。栈帧中包含局部变量表，操作站，方法出口等。
局部变量表中存储着方法相关的局部变量，包括基本数据类型，对象的引用，返回地址等。
具体请参考Java内存区域与内存溢出

方法区补充：方法区属于垃圾回收机制中的永久代（一共有青年带，老年代，永久代三种），因此方法区的垃圾回收很少，但不代表不会发生垃圾回收，其上的垃圾回收主要针对常量池的内存回收和对已加载类的卸载。

2. JAVA对象的访问方式

一般来说，一个JAVA引用至少会涉及到三个内存区域，虚拟机栈、堆、方法区。
例如 Object obj = new Object();

• Object obj表示一个本地引用，存储在虚拟机栈的本地变量表中
• new Object()作为实例对象存放在堆中
• 堆中还存储了Object类的类型信息（接口，方法，field，对象类型等）的地址，这些地址所指向的内容存放在方法区中

3. JAVA内存分配及回收机制

分代分配，分代回收。
JAVA内存分为年轻代、老年代、永久代

• 年轻代：对象被创建时，内存分配首先创建在年轻代的Eden区（如果年轻代空间不足，则大对象直接分配在老年代上）。大部分对象很快就不再使用。年轻代的内存区域分为：一个Eden区和两个Survivor区（比例为8:1:1）
• 老年代：对象如果在年轻代存活了很长时间没有被回收掉，就会被复制到老年代。老年代的空间比年轻代大，发生的GC次数也比年轻代少。
• 永久代：方法区属于永久代，永久代的垃圾回收次数很少，但是也会发生GC。

GC分为两种:

• Minor GC
  只会在年轻代的Eden区进行垃圾回收
• FULL GC
  会在年轻代, 老年代, 永久带都进行垃圾回收
  有如下原因可能导致Full GC：
  1.年老代（Tenured）被写满;
  2.持久代（Perm）被写满;
  3.System.gc()被显示调用;
  4.上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化.

GC机制：

• 年轻代：主要使用“停止-复制”算法，停止指的是，发生GC的时候会暂停除了GC线程以外的所有线程的运行。
  复制的过程如下：
  1. 绝大部分的对象刚创建的时候会被分配到Eden区，其中大部分的对象会很快消亡。Eden区是连续的内存空间，因此在其上分配内存是很快的。
  2. 最初一次，当Eden区满的时候，执行Minor GC，将Eden区的消亡对象清除掉，并将剩余的对象放到Survivor1中（此时Survivor2是空的，两个Survivor总有一个是空的）
  3. 下次Eden再满的时候，执行Minor GC，将Eden区的消亡对象清除掉，将剩余的对象放到Survivor1中
  4. 当Survivor1满了的时候则将Eden和Survivor1中的消亡的对象清除掉，并将Eden和Survivor1中剩余的对象复制到Survivor2中
  5. 当两个Survivor交换了几次后，就可以将剩下的对象复制到老年代中了
• 老年代：使用“标记-整理”算法，即将存活的对象向一边移动，以此来保证回收后，内存依然是连续的，不会出现内存碎片。每次年轻代的Eden发生Minor GC时，虚拟机都会检查每次晋级老年代的大小是否大于老年代的剩余大小，如果大于则会触发FULL GC。
• 永久代：永久代的回收有两种，常量池中的常量，无用的类的信息。
  常量没有引用了就可以回收。
  无用的类必须保证3点才可以回收：
  1. 类的所有实例已经被回收
  2. 加载类的ClassLoader已经被回收
  3. 类对象的class对象没有被引用（即没有反射调用该类的地方）

4. 减少GC开销的措施

根据上述GC的机制,程序的运行会直接影响系统环境的变化,从而影响GC的触发。若不针对GC的特点进行设计和编码,就会出现内存驻留等一系列负面影响。为了避免这些影响,基本的原则就是尽可能地减少垃圾和减少GC过程中的开销。具体措施包括以下几个方面:

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。