java内存管理和回收机制

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我是靠谱客的博主无辜大侠，最近开发中收集的这篇文章主要介绍java内存管理和回收机制，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

java类文件是以 .java为后缀的文件，经过javac命令编译后，编译成class文件，class文件中都是二进制格式的数据，所以想要看编译后的内容是什么，可以采用jdk自带的javap命令查看。

JVM中有个组成部分为类加载器(ClassLoader)，负责java文件编译后class文件的加载，加载到哪呢，加载到内存。那下面来说一下JVM的内存管理。

java通过类加载器来加载class文件，加载到内存后，会把类、方法、常变量放到堆内存中。因为java是自动进行垃圾回收的，所以放入堆内存中的东西，哪些该回收，哪些不该回收？这都需要jvm去额外的线程去进行判断。但如果对于一个大型的J2EE系统来说，当创建的对象及方法变量比较多时，即堆内存中的对象比较多，如果一个一个对象去进行循环判断是否该回收时，这样的回收机制未免太耗时了，系统的性能一定会下降，jvm为了提高jvm执行效率，采用了堆内存分区管理的机制。

JVM的内存分栈内存、堆内存、本地方法栈和方法区四部分。

1）堆

所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，其大小可以通过-Xmx和-Xms来控制。堆被划分为新生代和旧生代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，最后Survivor由FromSpace和ToSpace组成，结构图如下所示：

JVM把堆内存分三大块：Young Generation Space 新生区（也称新生代）、Tenure generation space养老区（也称旧生代）、Permanent Space 永久存储区。分区是为了进行模块化管理，管理不同的对象及变量以提高JVM的执行效率。

对于Young Generation Space ，它主要用来存储新创建的对象，内存大小会比较小，垃圾回收会比较频繁。对此区又分三个区域：一个Eden Space和两个Survivor Space。有一个前辈对这三个区域描述的相当透彻：

当对象在堆创建时，将进入年轻代的Eden Space。
垃圾回收器进行垃圾回收时，扫描Eden Space和A Suvivor Space，如果对象仍然存活，则复制到B Suvivor Space，如果B Suvivor Space已经满，则复制 Old Gen
扫描A Suvivor Space时，如果对象已经经过了几次的扫描仍然存活，JVM认为其为一个Old对象，则将其移到Old Gen。
扫描完毕后，JVM将Eden Space和A Suvivor Space清空，然后交换A和B的角色（即下次垃圾回收时会扫描Eden Space和BSuvivor Space。

对于Tenure generation space，它主要是用来存储那些长时间被引用的对象。因为它里面存放的是经过几次在Young Genderation Space 进行扫描判断过仍存活的对象，内存大小会比较大，垃圾回收频率会比较小。

对于Permanent Space 永久存储区，它是用来存储一些值信息不经常变更的东东，有类定义、字节码和常量等。

新生代。新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn来控制，也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例旧生代。用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象

2）栈

每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧，每个栈帧包括局部变量区和操作数栈，用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果

3）本地方法栈

用于支持native方法的执行，存储了每个native方法调用的状态

4）方法区

存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代（Permanet Generation）来存放方法区，可通过-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize来指定最小值和最大值。

内存回收

介绍完了JVM内存组成结构，下面我们再来看一下JVM垃圾回收机制。JVM分别对新生代和旧生代采用不同的垃圾回收机制

新生代的GC：

新生代通常存活时间较短，因此基于Copying算法来进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和FromSpace或ToSpace之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从eden到 survivor，最后到旧生代，

用javavisualVM来查看，能明显观察到新生代满了后，会把对象转移到旧生代，然后清空继续装载，当旧生代也满了后，就会报outofmemory的异常，如下图所示：

在执行机制上JVM提供了串行GC（SerialGC）、并行回收GC（ParallelScavenge）和并行GC（ParNew）

1）串行GC

在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行，适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上，是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定

2）并行回收GC

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上，是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数

3）并行GC

与旧生代的并发GC配合使用

旧生代的GC：

旧生代与新生代不同，对象存活的时间比较长，比较稳定，因此采用标记（Mark）算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并，要么标记出来便于下次进行分配，总之就是要减少内存碎片带来的效率损耗。在执行机制上JVM提供了串行 GC（SerialMSC）、并行GC（parallelMSC）和并发GC（CMS），具体算法细节还有待进一步深入研究。

以上各种GC机制是需要组合使用的，指定方式由下表所示：

gc()有何用？

　　调用 gc 方法暗示着 Java 虚拟机做了一些努力来回收未用对象，以便能够快速地重用这些对象当前占用的内存。当控制权从方法调用中返回时，虚拟机已经尽最大努力从所有丢弃的对象中回收了空间。
调用 System.gc() 等效于调用Runtime.getRuntime().gc()

finalize()有何用？

　　gc 只能清除在堆上分配的内存(纯java语言的所有对象都在堆上使用new分配内存)，而不能清除栈上分配的内存（当使用JNI技术时,可能会在栈上分配内存，例如java调用c程序，而该c程序使用malloc分配内存时）。因此，如果某些对象被分配了栈上的内存区域，那gc就管不着了，对栈上的对象进行内存回收就要靠finalize()。
举个例子来说,当java 调用非java方法时（这种方法可能是c或是c++的）,在非java代码内部也许调用了c的malloc()函数来分配内存，而且除非调用那个了 free() 否则不会释放内存(因为free()是c的函数),这个时候要进行释放内存的工作,gc是不起作用的,因而需要在finalize()内部的一个固有方法调用free()。
finalize的工作原理应该是这样的：一旦垃圾收集器准备好释放对象占用的存储空间，它首先调用finalize()，而且只有在下一次垃圾收集过程中，才会真正回收对象的内存.所以如果使用finalize()，就可以在垃圾收集期间进行一些重要的清除或清扫工作.

finalize()在什么时候被调用?
有三种情况
1.所有对象被Garbage Collection时自动调用，比如运行System.gc()后.
2.程序退出时为每个对象调用一次finalize方法。
3.显式的调用finalize方法

除此以外，正常情况下,当某个对象被系统收集为无用信息的时候,finalize()将被自动调用。但是jvm不保证finalize()一定被调用,也就是说,finalize()的调用是不确定的,这也就是为什么sun不提倡使用finalize()的原因. 简单来讲，finalize()是在对象被GC回收前会调用的方法，而System.gc()建议而非强制GC开始回收工作，具体执行要看GC的执行策略。

调用了 System.gc() 之后，java 在内存回收过程中就会调用那些要被回收的对象的 finalize() 方法。