JVM垃圾回收算法与jvm的堆内存中的三个区域

JVM常见垃圾回收算法

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　　众所周知，Java是一门不用程序员手动管理内存的语言，全靠JVM自动管理内存，既然是自动管理，那必然有一个垃圾内存的回收机制或者回收算法。本文将介绍几种常见的垃圾回收（下文简称GC）算法。

　　在Java堆上分配一个内存给实例对象时，此时在虚拟机栈上引用型变量就会存放这个实例对象的起始地址。

Object obj = new Object();

　　现在如果我们将变量赋值为null。

obj = null;

　　此时可以看到Java堆上的实例对象无法再次引用它，那么它就是被GC的对象，我们称之为对象“已死”。那虚拟机栈上的obj变量呢？上文《JVM入门——运行时数据区》提到过，虚拟机栈是线程独占的，也就是说随着线程初始而初始，消亡而消亡，当线程被销毁后，虚拟机栈上的内存自然会被回收，也就是说虚拟机栈上的这块内存空间不在虚拟机GC范围。下图展示了垃圾回收的内存范围：

　　1.对象是否“已死”算法——引用计数器算法

　　对象中添加一个引用计数器，如果引用计数器为0则表示没有其它地方在引用它。如果有一个地方引用就+1，引用失效时就-1。看似搞笑且简单的一个算法，实际上在大部分Java虚拟机中并没有采用这种算法，因为它会带来一个致命的问题——对象循环引用。对象A指向B，对象B反过来指向A，此时它们的引用计数器都不为0，但它们俩实际上已经没有意义因为没有任何地方指向它们。所以又引出了下面的算法。

　　2.对象是否“已死”算法——可达性分析算法

　　这种算法可以有效地避免对象循环引用的情况，整个对象实例以一个树呈现，根节点是一个称为“GC Roots”的对象，从这个对象开始向下搜索并作标记，遍历完这棵树过后，未被标记的对象就会判断“已死”，即为可被回收的对象。

GC算法

　　1.标记-清除算法

　　等待被回收对象的“标记”过程在上文已经提到过，如果在被标记后直接对对象进行清除，会带来另一个新的问题——内存碎片化。如果下次有比较大的对象实例需要在堆上分配较大的内存空间时，可能会出现无法找到足够的连续内存而不得不再次触发垃圾回收。

　　2.复制算法（Java堆中新生代的垃圾回收算法）

此GC算法实际上解决了标记-清除算法带来的“内存碎片化”问题。首先还是先标记处待回收内存和不用回收的内存，下一步将不用回收的内存复制到新的内存区域，这样旧的内存区域就可以全部回收，而新的内存区域则是连续的。它的缺点就是会损失掉部分系统内存，因为你总要腾出一部分内存用于复制。

　　在上文《JVM入门——运行时数据区》提到过在Java堆中被分为了新生代和老年代，这样的划分是方便GC。Java堆中的新生代就使用了GC复制算法。在新生代中又分为了三个区域：Eden 空间、To Survivor空间、From Survivor空间，from survivor 和 to survivor大小相同，且保证一个为empty.。不妨将注意力回到这张图的左边新生代部分，：

　　新的对象实例被创建的时候通常在Eden空间，发生在Eden空间上的GC称为Minor GC，当在新生代发生一次GC后，会将Eden和其中一个Survivor空间的内存复制到另外一个Survivor中，如果反复几次有对象一直存活，此时内存对象将会被移至老年代。可以看到新生代中Eden占了大部分，而两个Survivor实际上占了很小一部分。这是因为大部分的对象被创建过后很快就会被GC（这里也许运用了是二八原则）。

　　3.标记-压缩算法（或称为标记-整理算法，Java堆中老年代的垃圾回收算法）

　　对于新生代，大部分对象都不会存活，所以在新生代中使用复制算法较为高效，而对于老年代来讲，大部分对象可能会继续存活下去，如果此时还是利用复制算法，效率则会降低。标记-压缩算法首先还是“标记”，标记过后，将不用回收的内存对象压缩到内存一端，此时即可直接清除边界处的内存，这样就能避免复制算法带来的效率问题，同时也能避免内存碎片化的问题。老年代的垃圾回收称为“Major GC”。

不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。

• 1.JVM的堆栈

栈：在jvm中栈用来存储一些对象的引用、局部变量以及计算过程的中间数据，在方法退出后那么这些变量也会被销毁。它的存储比堆快得多，只比CPU里的寄存器慢

堆：用来存储程序中的一些对象，比如你用new关键字创建的对象，它就会被存储在堆内存中，但是这个对象在堆内存中的首地址会存储在栈中。

栈内存在JVM中默认是1M，可以通过下面的参数进行设置

-Xss

• 1

最小堆内存在JVM中默认物理内存的64分之1，最大堆内存在JVM中默认物理内存4分之一，且建议最大堆内存不大于4G，并且设置-Xms=-Xmx避免每次GC后，调整堆的大小，减少系统内存分配开销

-Xms

-Xmx

• 1

• 2

• 3

在jvm的堆内存中有三个区域：

1.年轻代：用于存放新产生的对象。

2.老年代：用于存放被长期引用的对象。

3.持久带：用于存放Class，method元信息。

如图：

• 一.年轻代

年轻代中包含两个区：Eden 和survivor，并且用于存储新产生的对象，其中有两个survivor区如图：

可以使用参数配置年轻代的大小，如果配置它为100M那么就相当于2*survivor+Eden = 100M

-Xmn

• 1

可以配置Eden 和survivor区的大小，这里配置的是比值，jvm中默认为8，意思就是Eden区的内存比上survivor的内存等于8，如果年轻代的Xmn配置的100M，那么Eden就会被分配80M内存，每个survivor分配10M内存

-XX:SurvivorRatio

• 1

还可以配置年轻代和老年代的比值，这里需要注意：老年代的内存就是通过这个比值设置，jvm没有给你直接设置老年代内存大小的参数；如果整个堆内存设为100M并且在这里设置年轻代和老年代的比值为7，如果持久代占用了10M，那么100M-10M=90M这里的90M就是老年代和年轻代的内存总和，且年轻代占用（90/（7+1）*7）的内存，老年代就占用（90/（7+1）*1）的内存。

-XX:NewRatio

• 1

• 二.老年代

年轻代在垃圾回收多次都没有被GC回收的时候就会被放到老年代，以及一些大的对象（比如缓存，这里的缓存是弱引用），这些大对象可以不进入年轻代就直接进入老年代（1.防止新生代有大量剩余的空间，而大对象创建导致提前发生GC；2.防止在eden区和survivor区的大对象复制造成性能问题），这个可以通过如下参数设置，表示单个对象超过了这个值就会直接到老年带（默认为0）：

-XX:PretenureSizeThreshold

• 1

并且大的数组对象也会直接放到老年代，比如array和arrayList（底层用数组实现），因为数组需要连续的空间存储数据。

• 三.持久代

持久代用来存储class，method元信息，大小配置和项目规模，类和方法的数量有关，一般配置128M就够了，设置原则是预留30%空间，它可以通过如下参数进行大小配置：

-XX: PermSize 
-XX: MaxPermSize

• 1

• 2

持久代也可能会被GC回收，如果持久代理的常量池没有被引用以及一些无用的类信息和类的Class对象也会被回收。

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