背景介紹

當(dāng)JVM類(lèi)加載器加載完字節(jié)碼文件之后，會(huì)交給執(zhí)行引擎執(zhí)行，在執(zhí)行的過(guò)程中會(huì)有一塊JVM內(nèi)存區(qū)域來(lái)存放程序運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)，也就是我們圖中放的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)，那這一塊運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)究竟幫我們做了哪些工作？我們常說(shuō)的線上內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出是因?yàn)槭裁?#xff1f;我們今兒來(lái)揭開(kāi)看看它神秘的面紗。

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過(guò)程

在講述運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)有哪些部分之前先討論以下對(duì)象的創(chuàng)建流程

一、對(duì)象創(chuàng)建流程

在上一篇文章中已經(jīng)講述了類(lèi)加載的過(guò)程，虛擬機(jī)需要給new的新對(duì)象分配內(nèi)存空間，重點(diǎn)來(lái)說(shuō)說(shuō)它的下一步——分配內(nèi)存

在分配內(nèi)存的時(shí)候有兩種方式：

1、指針碰撞

假設(shè)Java堆內(nèi)存規(guī)整，所有的內(nèi)存占用是連續(xù)空間，通過(guò)一個(gè)指針將已經(jīng)使用和未使用的空間隔開(kāi)，指針作為臨界。

2、空閑列表

假設(shè)Java堆內(nèi)存不規(guī)整，內(nèi)存占用是零散的，此時(shí)JVM通過(guò)一個(gè)空閑列表（Free List）維護(hù)空閑內(nèi)存信息，里面記錄了哪些內(nèi)存空間是可用的。再次分配新對(duì)象的時(shí)候直接從空閑列表中找哪塊空間可以使用進(jìn)行分配即可

但是在并發(fā)情況下可能會(huì)出現(xiàn)線程安全的問(wèn)題，對(duì)象1和對(duì)象2同時(shí)拿到指針，對(duì)象1在分配完內(nèi)存空間之后對(duì)象2也會(huì)分配內(nèi)存空間，對(duì)象2就會(huì)把對(duì)象1的空間覆蓋，導(dǎo)致數(shù)據(jù)被覆蓋。那怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？

兩種方案解決線程不安全：

1、CAS：自旋鎖不斷重試

2、TLAB：在堆內(nèi)存給每個(gè)線程預(yù)先分配一塊內(nèi)存，線程中每次要開(kāi)辟空間就在預(yù)分配的內(nèi)存中開(kāi)辟

下面就進(jìn)入我們的正題——內(nèi)存管理

• 線程共有：堆、方法區(qū)
• 線程私有：程序計(jì)數(shù)器、Java虛擬機(jī)棧、本地方法棧

二、內(nèi)存管理

1、 程序計(jì)數(shù)器(PC)

上官方百度百科介紹：

作用：存放當(dāng)前線程執(zhí)行的下一條指令地址。
在多線程環(huán)境下線程之間會(huì)涉及到線程切換問(wèn)題，為了保證線程切換之后還能繼續(xù)按照上一次切換的位置繼續(xù)執(zhí)行，PC會(huì)進(jìn)行指令的記錄。PC是線程獨(dú)有的，不可共享

2、Java虛擬機(jī)棧

作用：

每個(gè)線程在創(chuàng)建時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)棧，保存了一個(gè)一個(gè)的棧幀 。針對(duì)棧幀我們來(lái)具體說(shuō)說(shuō)，下圖為Java虛擬機(jī)中棧幀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每執(zhí)行一個(gè)方法都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀(一個(gè)方法對(duì)應(yīng)一個(gè)棧幀) ，而棧幀中包含了四部分：局部變量表、操作數(shù)棧、方法返回地址、動(dòng)態(tài)鏈接，而每一個(gè)棧幀執(zhí)行的過(guò)程也是入棧、出棧的過(guò)程。

包括：

• 操作數(shù)棧(Operand Stack)：用來(lái)在執(zhí)行字節(jié)碼指令過(guò)程中用來(lái)計(jì)算的
• 局部變量表(LocalVariables)：在方法執(zhí)行過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄每個(gè)局部變量對(duì)應(yīng)的值
• 方法返回地址(Return Address)：地址
• 動(dòng)態(tài)鏈接(Dynamic Linking)：符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為調(diào)用方法的直接引用
  
  

特點(diǎn)：

• 線程私有
• 遵守棧FIFO規(guī)則，方法開(kāi)始執(zhí)行棧幀入棧，方法執(zhí)行完棧幀彈出，所以虛擬機(jī)不需要垃圾回收
  
  

存在的問(wèn)題：

• 如果線程太多了，但是沒(méi)有足夠空間創(chuàng)建虛擬機(jī)棧，會(huì)發(fā)生棧溢出
• 方法調(diào)用層次太多，可能出現(xiàn)StackOverflowError
  
  
  

3、本地方法棧(Native Method Stacks)

作用：存儲(chǔ)Native方法

4、方法區(qū)(Method Area)

作用：
存儲(chǔ)被Java虛擬機(jī)加載過(guò)后的class類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量、編譯后的代碼
不知道大家是否還記得上一篇分享中講到的類(lèi)加載過(guò)程，其中加載這一步會(huì)通過(guò)類(lèi)全限定名加載成class類(lèi)對(duì)象，其中就會(huì)把class信息、靜態(tài)變量、常量等信息加載到方法區(qū)，看下面這張圖

5、堆(Heap)

所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在new對(duì)象的時(shí)候會(huì)在Heap分配內(nèi)存空間?？梢约?xì)分為：

• 年輕代和老年代，對(duì)應(yīng)的比例為2：1 ，新生代存放朝生夕死的對(duì)象，老年代存放生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象
• 年輕代又可以分為Eden、From Survivor、ToSurvivor三個(gè)區(qū)，對(duì)應(yīng)的比例為：8：1：1（默認(rèn)情況下，可以通過(guò)-XX：SurvivorRatio來(lái)調(diào)整）
  
  

那三個(gè)區(qū)域中對(duì)象是如何進(jìn)行流轉(zhuǎn)的呢？我們具體來(lái)看一下

1、在最開(kāi)始講述對(duì)象創(chuàng)建流程中包含了一步是分配內(nèi)存，就是通過(guò)指針碰撞或空間散列在Heap中分配內(nèi)存，新new對(duì)象的對(duì)象JVM會(huì)默認(rèn)優(yōu)先分配在Eden區(qū)，當(dāng)Eden區(qū)空間逐漸減少（可以默認(rèn)配置Eden空間容量）的時(shí)候，就會(huì)觸發(fā)Young GC來(lái)清理，Eden區(qū)對(duì)象就會(huì)放入Survivor區(qū)；
2、Survivor區(qū)每次分配內(nèi)存只使用其中一塊，Eden和Survivor存活對(duì)象會(huì)復(fù)制到另一塊Survivor區(qū)中，Eden和原來(lái)的Survivor區(qū)對(duì)象會(huì)被清理掉。（這也是為什么圖中我只在其中一個(gè)Survivor區(qū)畫(huà)了對(duì)象，另一塊Survivor區(qū)沒(méi)畫(huà)的原因）
3、在對(duì)象頭中記錄了對(duì)象迭代的年齡（年齡計(jì)數(shù)器），當(dāng)進(jìn)入Survivor區(qū)開(kāi)始每YoungGC一次年齡就會(huì)+1，當(dāng)年齡達(dá)到15的時(shí)候就會(huì)進(jìn)入老年代

從圖上我們看到進(jìn)入老年代的條件遠(yuǎn)不止年齡>=15這一個(gè)，對(duì)象會(huì)進(jìn)入老年代的方式共有四個(gè)：

1. 長(zhǎng)期存活：對(duì)象頭中記錄了對(duì)象迭代的年齡，每次迭代都會(huì)—+1，當(dāng)年齡達(dá)到15(默認(rèn))
2. 超大對(duì)象：占用大量連續(xù)空間
3. 動(dòng)態(tài)年齡判斷：servivor中相同年齡對(duì)象的總和>survivor空間一半
4. 空間分配擔(dān)保：Young GC后，新生代有大量對(duì)象對(duì)象存活，需要老年代分配擔(dān)保

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三、垃圾回收

垃圾回收是什么？

清理不再使用的對(duì)象，釋放內(nèi)存空間

為什么要進(jìn)行垃圾回收？

如果不清理這些垃圾對(duì)象，那么它們會(huì)一直占用著內(nèi)存，而不能給其他對(duì)象是用，最終垃圾對(duì)象越來(lái)越多，就會(huì)出現(xiàn)OOM

什么樣的對(duì)象是垃圾？

JVM沒(méi)有任何引用指向它的對(duì)象

如何判斷對(duì)象是垃圾？

1、引用計(jì)數(shù)法

每個(gè)對(duì)象都保存一個(gè)引用計(jì)數(shù)器屬性，用戶記錄對(duì)象被引用的次數(shù)，每被引用一次計(jì)數(shù)器值就+1；當(dāng)引用失效時(shí)就-1。當(dāng)計(jì)數(shù)器為0則表示是垃圾對(duì)象

2、可達(dá)性分析

從GC Roots開(kāi)始，遍歷，一層一層的往下級(jí)找引用對(duì)象，找到的對(duì)象就是存活對(duì)象，沒(méi)找到的就是垃圾對(duì)象

垃圾回收的三種方式分別是哪些？

1、標(biāo)記-清除算法（Mark-Sweep）

標(biāo)記：標(biāo)記出未引用對(duì)象
清除：回收所有被標(biāo)記的未引用對(duì)象

問(wèn)題：

1. 如果堆內(nèi)包含了大量的對(duì)象都是需要被回收，這時(shí)會(huì)執(zhí)行大量標(biāo)記和清除操作，導(dǎo)致執(zhí)行效率降低
2. 內(nèi)存空間碎片化，標(biāo)記和清除后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，導(dǎo)致在之后在給對(duì)象分配內(nèi)存空間的時(shí)候因?yàn)閮?nèi)存不足而再次觸發(fā)Young GC
   
   

2、標(biāo)記-復(fù)制算法（Mark-Copying）

基于標(biāo)記-清除算法，解決碎片化問(wèn)題。上文中我也提到了新生代中Survivor分為了From、To兩個(gè)區(qū)域，每次只使用其中一塊，當(dāng)其中一塊內(nèi)存用完了，會(huì)將存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊區(qū)域上，然后清理掉使用的survivor區(qū)域，保證內(nèi)存區(qū)域連續(xù)可用。

問(wèn)題：
空間一分為2，利用率低，空間浪費(fèi)

3、標(biāo)記-整理（Mark-Compact）

基于標(biāo)記-清除算法，解決內(nèi)存碎片和空間浪費(fèi)問(wèn)題。將存活的對(duì)象向一端移動(dòng)，清除標(biāo)記的垃圾對(duì)象，保證區(qū)域連續(xù)可用
問(wèn)題：
內(nèi)存變動(dòng)大，當(dāng)對(duì)象位置移動(dòng)相應(yīng)的引用地址也會(huì)變動(dòng)

如何選用使用什么回收算法呢？

分代回收：基于heap各個(gè)區(qū)域?qū)ο笊芷趤?lái)看，每個(gè)區(qū)域采用不同的回收算法：

• 新生代：標(biāo)記-復(fù)制
• 老年代：標(biāo)記-清理/標(biāo)記-整理