1. JVM內(nèi)存管理機(jī)制

在進(jìn)行Java程序設(shè)計(jì)時(shí)，一般不涉及內(nèi)存的分配和內(nèi)存回收的相關(guān)代碼,此處引用一句話:Java和C++之間存在一堵由內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和垃圾收集技術(shù)所圍成的高墻，墻外的人想進(jìn)去，墻里面的人想出來，個(gè)人從這兩句話中，捕獲到了兩個(gè)點(diǎn)。

• java的自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制，極大的節(jié)省了開發(fā)人員的精力，避免了易錯(cuò)且復(fù)雜的內(nèi)存管理設(shè)計(jì)，相對(duì)于手動(dòng)的內(nèi)存管理這是極大的飛躍。
• java自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制，其不能根據(jù)具體的場景提供最優(yōu)的內(nèi)存管理，其只提供普適的內(nèi)存管理機(jī)制。想比于C++的手動(dòng)內(nèi)存管理，靈活性不夠，存在制約系統(tǒng)性能的瓶頸。

第二點(diǎn)是我們深入了解JVM內(nèi)存管理機(jī)制的意義，通過對(duì)原理的把握，在指定的場景下設(shè)計(jì)JVM最優(yōu)的內(nèi)存管理策略，本文內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)如下:

• JVM內(nèi)存分配
• JVM內(nèi)存回收

2. JVM內(nèi)存分配

ClassExample refereenceExample  = new ClassExample ();

上述代碼，如果粗略劃分的話，可以劃分為兩個(gè)過程：

1. 在堆區(qū)分配對(duì)象內(nèi)存
2. 將對(duì)象內(nèi)存地址賦值給對(duì)象引用
   上述兩個(gè)過程基本就是內(nèi)存分配中，比較重要的兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)了，內(nèi)存分配策略和對(duì)象引用

2.1 堆區(qū)布局

對(duì)象分配在堆上這是毫無疑問的，如果在往下細(xì)分的話，那么堆區(qū)的內(nèi)存布局還是挺有講究的，大致可以分為如下布局:

堆內(nèi)存布局

• 新生代:從名字可見一般，新生代區(qū)域中存放的對(duì)象一般是兩種:剛剛被new出來的對(duì)象，或者經(jīng)歷內(nèi)存回收次數(shù)不多的對(duì)象。
• 老年代：老年代從名字也可見一般，一般存放兩種對(duì)象: 占用內(nèi)存比較多的大對(duì)象和經(jīng)歷過多次內(nèi)存回收過程的對(duì)象
• 永久代：永久代的內(nèi)存就比較固定，每個(gè)類的class對(duì)象，一般存放在永久代當(dāng)中。

上述JVM堆區(qū)中的內(nèi)存布局代表的是邏輯視圖，并不是實(shí)際的物理布局，實(shí)際上，JVM了提供多種不同的內(nèi)存分配和回收的策略，每種策略抽閑出邏輯視圖都會(huì)有細(xì)微的差別，但是上述邏輯視圖可以說是所有邏輯視圖的根視圖

2.2 內(nèi)存分配一般過程

內(nèi)存分配的一般過程

• 對(duì)象大小閾值設(shè)定，在JVM中可以通過設(shè)PretenureSizeThreshold這個(gè)參數(shù)，指定該閾值大小，如果待分配對(duì)象大小超過該閾值，嘗試在老年代中開辟內(nèi)存空間存儲(chǔ)對(duì)象，否則嘗試在新生代中開辟內(nèi)存空間存儲(chǔ)對(duì)象
• MinorGC，這是JVM中一次內(nèi)存回收過程，內(nèi)存回收過程又稱垃圾回收過程，這次內(nèi)存回收是由新生代中內(nèi)存空間不足引起的，主要對(duì)新生代中的內(nèi)存對(duì)象進(jìn)行回收
• FullGC，這也是JVM中的一次內(nèi)存回收過程，這次內(nèi)存回收過程是有老年代中內(nèi)存空間不足造成的，主要針對(duì)所有堆區(qū)中的內(nèi)存對(duì)象進(jìn)行回收，包括新生代，老年代，以及永久代
• 對(duì)象年齡，經(jīng)過一次內(nèi)存回收后依然存活的對(duì)象，其年齡會(huì)加1。當(dāng)對(duì)象年齡超過一個(gè)指定閾值后，其由新生代轉(zhuǎn)向老年代存儲(chǔ)。這個(gè)對(duì)象年齡的閾值，同樣可以通過設(shè)置JVM的MaxTenuringThreshold參數(shù)進(jìn)行指定

2.3對(duì)象引用

JVM內(nèi)存區(qū)域的布局詳情中介紹了對(duì)象引用相關(guān)的內(nèi)容

3. JVM內(nèi)存回收

從程序員角度來看，內(nèi)存回收的過程是透明，具體細(xì)節(jié)都對(duì)程序員屏蔽了。JVM內(nèi)存區(qū)域的布局詳情，仔細(xì)的介紹了JVM中的內(nèi)存模型以及各個(gè)內(nèi)存區(qū)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)類型。

JVM內(nèi)存布局

3.1 可達(dá)性分析

可達(dá)性分析示意圖

3.2內(nèi)存回收算法

通過可達(dá)性分析之后，將確定哪些對(duì)象是回收目標(biāo)，接著內(nèi)存回收算法將執(zhí)行具體的回收細(xì)節(jié)。下圖是內(nèi)存區(qū)域中三個(gè)狀態(tài)，空閑內(nèi)存是未使用內(nèi)存，目標(biāo)回收內(nèi)存是可達(dá)性分析之后可回收內(nèi)存，已占內(nèi)存是不需要回收內(nèi)存。

內(nèi)存對(duì)象

• 標(biāo)記-清除算法
  標(biāo)記-清除算法是比較直白的內(nèi)存回收算法，其直接釋放目標(biāo)回收內(nèi)存，沒有其他任何附加操作。該算法執(zhí)行后的結(jié)果如下：
  
  標(biāo)記-清除算法執(zhí)行后的內(nèi)存圖
  
  標(biāo)記-清除算法，邏輯簡單，易于理解，但是其有個(gè)致命的缺點(diǎn)就是其極易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，在分配大對(duì)象時(shí)，不能有足夠連續(xù)的內(nèi)存空間而造成頻繁的GC。
• 標(biāo)記-復(fù)制算法
  標(biāo)記-復(fù)制算法是針對(duì)內(nèi)存碎片問題提出的一種算法。
  
  image.png
  
  在標(biāo)記-復(fù)制算法的設(shè)定中，始終有塊空白內(nèi)存區(qū)域，如上圖長內(nèi)存區(qū)域二。在內(nèi)存回收時(shí)，將內(nèi)存區(qū)域一種存活對(duì)象全部按序復(fù)制到內(nèi)存區(qū)域二中后再對(duì)內(nèi)存區(qū)域一中所有對(duì)象進(jìn)行回收。通過這種做法可以極大的避免內(nèi)存碎片，但是空白內(nèi)存區(qū)域?qū)⑹冀K閑置，內(nèi)存利用率不高。在上文中提及將堆區(qū)的內(nèi)存分為兩個(gè)surivior區(qū)以及Eden區(qū)就是采用標(biāo)記-復(fù)制算法。Eden區(qū)和surivior之間大小比例分配默認(rèn)是8:1:1.
• 標(biāo)記-整理算法
  標(biāo)記-整理算法，同樣是為解決內(nèi)存碎片提出的內(nèi)存回收算法，其在標(biāo)記-清楚算法的基礎(chǔ)上增加的整理功能，對(duì)內(nèi)存對(duì)象進(jìn)行拷貝移動(dòng)，以保證空間內(nèi)存空間連續(xù)。
  
  標(biāo)記-整理算法回收后內(nèi)存
  
  標(biāo)記-整理算法，能夠克服內(nèi)存碎皮，且不需要額外內(nèi)存，但是其拷貝和移動(dòng)對(duì)象的時(shí)間消耗較高。該算法常用在老年代對(duì)象回收中。

3.3 什么時(shí)候回收內(nèi)存合適

通過可達(dá)性分析，可知哪些對(duì)象是需要回收的對(duì)象，在這過程中需要枚舉根節(jié)點(diǎn)，這是一個(gè)耗時(shí)操作，為了保證內(nèi)存回收的順利進(jìn)行，必須保證引用關(guān)系的一致性，即在內(nèi)存回收過程中對(duì)象引用關(guān)系不會(huì)發(fā)生變化。只有在這些地方進(jìn)行內(nèi)存回收才是安全點(diǎn)，因此JVM引入了安全點(diǎn)的概念，安全點(diǎn)處的對(duì)象引用關(guān)系不會(huì)改變，適合內(nèi)存回收。安全區(qū)域是對(duì)安全點(diǎn)概念的擴(kuò)充，指在這一段區(qū)域內(nèi)對(duì)象引用關(guān)系具有一致性，能進(jìn)行內(nèi)存回收。