與C語(yǔ)言（一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收（堆內(nèi)存））不同（由此程序會(huì)經(jīng)常擔(dān)心會(huì)不會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄露和溢出的問(wèn)題），Java內(nèi)存（堆內(nèi)存）的分配與回收由JVM垃圾收集器自動(dòng)完成。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，所有對(duì)象實(shí)例和數(shù)組都在堆上進(jìn)行內(nèi)存分配。Java GC機(jī)制主要完成3件事：確定哪些內(nèi)存需要回收，確定什么時(shí)候需要執(zhí)行GC，如何執(zhí)行GC。學(xué)習(xí)Java GC機(jī)制，可以幫助我們?cè)谌粘９ぷ髦信挪楦鞣N內(nèi)存溢出或泄露問(wèn)題，解決性能瓶頸，達(dá)到更高的并發(fā)量，寫(xiě)出更高效的程序。

要理解javaGC，首先我們需要了解java的內(nèi)存機(jī)制

在Java運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)里，由JVM管理的內(nèi)存區(qū)域分為下圖幾個(gè)模塊：

1.程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）：程序計(jì)數(shù)器是一個(gè)比較小的內(nèi)存區(qū)域，用于指示當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼執(zhí)行到了第幾行，可以理解為是當(dāng)前線程的行號(hào)指示器。字節(jié)碼解釋器在工作時(shí)，會(huì)通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)取下一條語(yǔ)句指令。

2.虛擬機(jī)棧（JVM Stack）：一個(gè)線程的每個(gè)方法在執(zhí)行的同時(shí)，都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Statck Frame），棧幀中存儲(chǔ)的有局部變量表、操作站、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等，當(dāng)方法被調(diào)用時(shí)，棧幀在JVM棧中入棧，當(dāng)方法執(zhí)行完成時(shí)，棧幀出棧。

虛擬機(jī)棧中定義了兩種異常，如果線程調(diào)用的棧深度大于虛擬機(jī)允許的最大深度，則拋出StatckOverFlowError（棧溢出）；不過(guò)多數(shù)Java虛擬機(jī)都允許動(dòng)態(tài)擴(kuò)展虛擬機(jī)棧的大小(有少部分是固定長(zhǎng)度的)，所以線程可以一直申請(qǐng)棧，直到內(nèi)存不足，此時(shí)，會(huì)拋出OutOfMemoryError（內(nèi)存溢出）。每個(gè)線程對(duì)應(yīng)著一個(gè)虛擬機(jī)棧，因此虛擬機(jī)棧也是線程私有的。

3.本地方法棧（Native Method Statck）：本地方法棧在作用，運(yùn)行機(jī)制，異常類型等方面都與虛擬機(jī)棧相同，唯一的區(qū)別是：虛擬機(jī)棧是執(zhí)行Java方法的，而本地方法棧是用來(lái)執(zhí)行native方法的，在很多虛擬機(jī)中（如Sun的JDK默認(rèn)的HotSpot虛擬機(jī)），會(huì)將本地方法棧與虛擬機(jī)棧放在一起使用。

本地方法棧也是線程私有的。

4.堆區(qū)（Heap）：堆區(qū)是理解Java GC機(jī)制最重要的區(qū)域，沒(méi)有之一。在JVM所管理的內(nèi)存中，堆區(qū)是最大的一塊，堆區(qū)也是Java GC機(jī)制所管理的主要內(nèi)存區(qū)域，堆區(qū)由所有線程共享，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。堆區(qū)的存在是為了存儲(chǔ)對(duì)象實(shí)例，原則上講，所有的對(duì)象都在堆區(qū)上分配內(nèi)存（不過(guò)現(xiàn)代技術(shù)里，也不是這么絕對(duì)的，也有棧上直接分配的）。

一般的，根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定，堆內(nèi)存需要在邏輯上是連續(xù)的（在物理上不需要），在實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以是固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，目前主流的虛擬機(jī)都是可擴(kuò)展的。如果在執(zhí)行垃圾回收之后，仍沒(méi)有足夠的內(nèi)存分配，也不能再擴(kuò)展，將會(huì)拋出OutOfMemoryError:Java heap space異常。

5，方法區(qū)（Method Area）：在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，將方法區(qū)作為堆的一個(gè)邏輯部分來(lái)對(duì)待，但事實(shí)上，方法區(qū)并不是堆（Non-Heap）；另外，不少人的博客中，將Java GC的分代收集機(jī)制分為3個(gè)代：青年代，老年代，永久代，這些作者將方法區(qū)定義為“永久代”，這是因?yàn)?#xff0c;對(duì)于之前的HotSpot Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式中，將分代收集的思想擴(kuò)展到了方法區(qū)，并將方法區(qū)設(shè)計(jì)成了永久代。不過(guò)，除HotSpot之外的多數(shù)虛擬機(jī)，并不將方法區(qū)當(dāng)做永久代，HotSpot本身，也已經(jīng)取消永久代。

方法區(qū)是各個(gè)線程共享的區(qū)域，用于存儲(chǔ)已經(jīng)被虛擬機(jī)加載的類信息（即加載類時(shí)需要加載的信息，包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、靜態(tài)變量、編譯器即時(shí)編譯的代碼等。

6.直接內(nèi)存（Direct Memory）：直接內(nèi)存并不是JVM管理的內(nèi)存，可以這樣理解，直接內(nèi)存，就是JVM以外的機(jī)器內(nèi)存，比如，你有4G的內(nèi)存，JVM占用了1G，則其余的3G就是直接內(nèi)存，JDK中有一種基于通道（Channel）和緩沖區(qū)（Buffer）的內(nèi)存分配方式，將由C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的native函數(shù)庫(kù)分配在直接內(nèi)存中，用存儲(chǔ)在JVM堆中的DirectByteBuffer來(lái)引用。由于直接內(nèi)存收到本機(jī)器內(nèi)存的限制，所以也可能出現(xiàn)OutOfMemoryError的異常。

Java內(nèi)存分配和回收的機(jī)制概括的說(shuō)，就是：分代分配，分代回收。

為了進(jìn)行高效的垃圾回收，虛擬機(jī)（我們將在下一節(jié)中詳細(xì)介紹java虛擬機(jī)）把堆內(nèi)存劃分成新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）和永久代（Permanent Generation）3個(gè)區(qū)域。

新生代

新生代由 Eden 與 Survivor Space（S0，S1）構(gòu)成，大小通過(guò)-Xmn參數(shù)指定，Eden 與 Survivor Space 的內(nèi)存大小比例默認(rèn)為8:1，可以通過(guò)-XX:SurvivorRatio 參數(shù)指定，比如新生代為10M 時(shí)，Eden分配8M，S0和S1各分配1M。

Eden：希臘語(yǔ)，意思為伊甸園，在圣經(jīng)中，伊甸園含有樂(lè)園的意思，根據(jù)《舊約·創(chuàng)世紀(jì)》記載，上帝耶和華照自己的形像造了第一個(gè)男人亞當(dāng)，再用亞當(dāng)?shù)囊粋€(gè)肋骨創(chuàng)造了一個(gè)女人夏娃，并安置他們住在了伊甸園。

大多數(shù)情況下，對(duì)象在Eden中分配，當(dāng)Eden沒(méi)有足夠空間時(shí)，會(huì)觸發(fā)一次Minor GC，虛擬機(jī)提供了-XX:+PrintGCDetails參數(shù)，告訴虛擬機(jī)在發(fā)生垃圾回收時(shí)打印內(nèi)存回收日志。

Survivor：意思為幸存者，是新生代和老年代的緩沖區(qū)域。
當(dāng)新生代發(fā)生GC（Minor GC）時(shí)，會(huì)將存活的對(duì)象移動(dòng)到S0內(nèi)存區(qū)域，并清空Eden區(qū)域，當(dāng)再次發(fā)生Minor GC時(shí)，將Eden和S0中存活的對(duì)象移動(dòng)到S1內(nèi)存區(qū)域。

存活對(duì)象會(huì)反復(fù)在S0和S1之間移動(dòng)，當(dāng)對(duì)象從Eden移動(dòng)到Survivor或者在Survivor之間移動(dòng)時(shí)，對(duì)象的GC年齡自動(dòng)累加，當(dāng)GC年齡超過(guò)默認(rèn)閾值15時(shí)，會(huì)將該對(duì)象移動(dòng)到老年代，可以通過(guò)參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshold 對(duì)GC年齡的閾值進(jìn)行設(shè)置。

老年代

老年代的空間大小即-Xmx 與-Xmn 兩個(gè)參數(shù)之差，用于存放經(jīng)過(guò)幾次Minor GC之后依舊存活的對(duì)象。當(dāng)老年代的空間不足時(shí)，會(huì)觸發(fā)Major GC/Full GC，速度一般比Minor GC慢10倍以上。

永久代

在JDK8之前的HotSpot實(shí)現(xiàn)中，類的元數(shù)據(jù)如方法數(shù)據(jù)、方法信息（字節(jié)碼，棧和變量大小）、運(yùn)行時(shí)常量池、已確定的符號(hào)引用和虛方法表等被保存在永久代中，32位默認(rèn)永久代的大小為64M，64位默認(rèn)為85M，可以通過(guò)參數(shù)-XX:MaxPermSize進(jìn)行設(shè)置，一旦類的元數(shù)據(jù)超過(guò)了永久代大小，就會(huì)拋出OOM異常。

擬機(jī)團(tuán)隊(duì)在JDK8的HotSpot中，把永久代從Java堆中移除了，并把類的元數(shù)據(jù)直接保存在本地內(nèi)存區(qū)域（堆外內(nèi)存），稱之為元空間。

如何判斷對(duì)象是否存活

GC動(dòng)作發(fā)生之前，需要確定堆內(nèi)存中哪些對(duì)象是存活的，一般有兩種方法：引用計(jì)數(shù)法和可達(dá)性分析法。

1、引用計(jì)數(shù)法
在對(duì)象上添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)對(duì)象引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)使用完該對(duì)象時(shí)，計(jì)數(shù)器減1，計(jì)數(shù)器值為0的對(duì)象表示不可能再被使用。

引用計(jì)數(shù)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，判定高效，但不能解決對(duì)象之間相互引用的問(wèn)題。

2.可達(dá)性分析法
通過(guò)一系列稱為 “GC Roots” 的對(duì)象作為起點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向下搜索，搜索路徑稱為 “引用鏈”，以下對(duì)象可作為GC Roots：

• 本地變量表中引用的對(duì)象
• 方法區(qū)中靜態(tài)變量引用的對(duì)象
• 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象
• Native方法引用的對(duì)象

當(dāng)一個(gè)對(duì)象到 GC Roots 沒(méi)有任何引用鏈時(shí)，意味著該對(duì)象可以被回收。

在可達(dá)性分析法中，判定一個(gè)對(duì)象objA是否可回收，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過(guò)程：
1、如果對(duì)象objA到 GC Roots沒(méi)有引用鏈，則進(jìn)行第一次標(biāo)記。
2、如果對(duì)象objA重寫(xiě)了finalize()方法，且還未執(zhí)行過(guò)，那么objA會(huì)被插入到F-Queue隊(duì)列中，由一個(gè)虛擬機(jī)自動(dòng)創(chuàng)建的、低優(yōu)先級(jí)的Finalizer線程觸發(fā)其finalize()方法。finalize()方法是對(duì)象逃脫死亡的最后機(jī)會(huì)，GC會(huì)對(duì)隊(duì)列中的對(duì)象進(jìn)行第二次標(biāo)記，如果objA在finalize()方法中與引用鏈上的任何一個(gè)對(duì)象建立聯(lián)系，那么在第二次標(biāo)記時(shí)，objA會(huì)被移出“即將回收”集合。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JAVA GC的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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