内存分配与回收

 

一、垃圾收集算法

1、最常见的判断对象是否存活的方法有引用计数法和根搜索算法。

(1) 引用计数法中，每一个对象都有一个引用计数器，当它被引用时，计数器+1，当一个引用释放时，计数器的值-1。引用计数法的特点是简单、高效，但是它解决不了对象间互相引用的问题。

(2) 根搜索算法：从根集合出发，根据引用关系，不断地往下搜索。搜索路径就构成了引用链，在引用链上的对象都是存活对象。而根集合通过引用链到达不了的对象（从图论的角度看，即是不可达的对象），就是不会再被使用的对象，可以被回收。

根集合包含的范围有：

①　虚拟机栈中的引用对象（栈帧中的本地变量表）。

②　方法区中的常量池中的引用对象（包括类静态属性引用对象、常量属性引用对象）。

③　本地方法栈中引用的对象。

 

2、垃圾收集算法

1) 复制算法

将内存划分为同样大小的两份，每一次都只使用其中的一块内存，进行垃圾回收时，将该内存中存活的对象复制到另一块备用内存中，然后清除该块内存，作为下次垃圾回收时的备用内存。

2) 标记-清除法

    每一次垃圾回收时，先将非存活对象标记，然后将这些非存活对象从内存中清除。此方法会产生空间碎片。

3) 标记-整理法

    该方法在标记-清除的基础上，增加了整理步骤。每一次垃圾回收时，先将非存活对象标记，然后将这些对象从内存中清除，最后再将存活对象向内存的一端移动。避免产生大量的空间碎片。

 

 

二、Java虚拟机规范中内存区域划分

1、在Java虚拟机规范中，将内存区域划分为：

①　Java虚拟机栈

每一个线程都在该区域创建一个栈，栈中包含栈帧（一般的，一个方法对应一个栈帧），栈帧中包含了本地变量表、操作数栈、动态链接，其他栈帧信息等。

②　本地方法栈

本地方法栈与Java虚拟机栈类似，在Sun Spot的虚拟机实现中，该区域与Java虚拟机栈合并在一起。

③　方法区

方法区中存放了与类有关的信息，比如类的名字，全限定名，继承的父类，实现的接口，属性等。

④　程序计数器

指示当前执行的和下一条要执行的指令的位置。（字节码流中字节的相对偏移量）。

⑤　堆

实例化的对象都是放在这个区域。进行垃圾回收的主要区域。

2、Sun Spot的虚拟机实现中，堆中区域细分

a) 新生代。新生代又细分为Eden、Survivor1和Survivor2；

b) 老年代(或称旧生代)

 

三、垃圾收集器

1、新生代上的垃圾收集器

a) Serial收集器

i. 串行收集器（单线程收集器），只有一个线程进行垃圾回收，当进行垃圾回收时，要将所有用户线程暂停。该收集器采用复制算法回收垃圾。

b) ParNew收集器

i. 并行收集器，收集器采用多线程同时进行垃圾回收，但是当进行垃圾回收时，也要将所有用户线程暂停。采用复制算法回收垃圾。

c) Parallel Scavenger收集器

i. 并行回收收集器，与ParNew收集器一样是多线程的，但是它的侧重点与ParNew不同，Parallel Scavenger注重的是吞吐量（用户程序占用CPU的时间与CPU总运行时间的比，[用户程序执行时间/（用户程序执行时间+垃圾回收执行时间）]），所以又称“吞吐量优先收集器”。采用复制算法回收垃圾。

2、老年代上的垃圾收集器

a) Serial Old收集器

i. 因为采用“标记-整理”算法进行垃圾回收，所以又称MSC（Mark-Sweep-Compact）收集器。串行回收垃圾，进行垃圾回收时，会暂停所有用户线程。

b) Parallel Old收集器

i. 它是Parallel Scavenger的老年版本，属于多线程收集器，采用标记-整理算法。在回收垃圾时，也会暂停用户线程。

c) CMS收集器

i. 并发收集器，采用“标记-整理”算法进行垃圾回收。CMS收集器的垃圾回收线程可以跟用户线程并发执行。

ii. 垃圾回收包含四个阶段：

1. 初始标记：标记一下GC Roots可以直接关联到的对象，需要暂停用户线程，但是该过程速度很快；

2. 并发标记：进行根搜索的过程，与用户程序并发运行；

3. 重新标记：因为在并发标记的时候，用户程序和并发标记时同时进行的（单CPU条件下交替执行），为了修正并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记变动的那部分对象的标记记录。该阶段需要暂停用户线程。

4. 并发清除：清除垃圾对象，该过程与用户程序并发运行。

 

四、内存分配与回收策略

简要介绍几种基本的内存分配与回收策略。

1. 对象优先分配在Eden区域

在程序运行时，大部分对象都是朝生夕死的。将新创建的对象存放在新生代的Eden区域，那些存活期短的对象很快就可以被回收掉，有利于快速、高效地回收利用有限的内存。

2. 大对象直接分配在老年代

将大对象（比如说大数组）直接分配在老年代，是考虑到如果大对象分配在新生代而此时对象的存活期较长，那么新生代收集器采取复制算法进行垃圾回收时，复制大对象的成本将会很高（显然大对象的复制时间会比较长）。

3. 长期存活对象将进入老年代

某一个对象在每一次执行Minor GC（新生代垃圾回收）都能存活下来，即这个对象的存活时间比较长，那么在每一次Minor GC时它都会从From Survivor复制到To Survivor，为了避免长期存活的对象一次次的被复制，JVM采取的策略是在每一次Minor GC后存活下来的对象的年龄就增加一岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被晋升到老年代中。

4. 动态对象年龄判定

为了更好地适应不同程序的运行，虚拟机并不总是要求对象存活年龄达到某一阈值才晋升到老年代中。动态对象年龄判定策略指的是：当Survivor区域中某一年龄的所有对象占Survivor区域的一半以上时，该年龄以及该年龄以上的对象将直接晋升到老年代中。