JVM記憶體管理------JAVA語言的記憶體管理概述

引言 

記憶體管理一直是JAVA語言自豪與驕傲的資本，它讓JAVA程式設計師基本上可以徹底忽略與記憶體管理相關的細節，只專注於業務邏輯。不過世界上不存在十全十美的好事，在帶來了便利的同時，也因此引入了許多令人抓狂的記憶體溢出和外洩的問題。
可怕的事情還不止於此，有些使用其它語言開發的程式設計師，給JAVA程式設計師扣上了一個「不懂記憶體」的帽子，這著實有點讓人難以接受。畢竟JAVA當中沒有malloc和delete、沒有析構函數、沒有指針，剛開始接觸JAVA的程式設計師們又怎麼可能接觸記憶體這一部分呢，更何況有不少JAVA程式設計師還是跳了專業半路出家的朋友。
不過事實儘管難以接受，但也確實有不少JAVA程式設計師對記憶體這部分可謂一竅不知，儘管掌握記憶體的相關知識，或許並不能給平時的開發帶來翻天覆地的變化和好處，不過它仍然會潛移默化的提高你的技術水準，這一點在了解完記憶體管理之後，相信各位就會深有體會了。

記憶體劃分

談到記憶體這一詞彙，它是在程式運行時才有的資料儲存區域，而對於這一區域的劃分，各個虛擬機有各自的劃分方式，不過它們都必須遵從JAVA虛擬機的基本規格去實現。
虛擬機器規格中，將記憶體劃分為六大部分，分別是PC暫存器、JAVA虛擬機棧、JAVA堆、方法區、運行時常數池以及本地方法棧。

JAVA虛擬機規範與JAVA虛擬機

這裡還需要解釋一下JAVA虛擬機規範和JAVA虛擬機的區別，顧名思義，JAVA虛擬機規範是一種對JAVA虛擬機實現的規範要求，是由oracle制定的，而我們平時常說的JAVA虛擬機器一般是指的一種具體的JAVA虛擬機器規範的實作。例如我們最常使用的JAVA虛擬機hotspot，其實JAVA虛擬機還有很多種實現，甚至如果你對JAVA虛擬機規範有了深入的了解而且對此有興趣的話，可以寫一個自己的JAVA虛擬機，當然這其中的難度不難想。

結構圖

下圖是引用於百度文庫的一張JVM的結構圖，由於運行時常量池是由方法區分配出來的區域，所以此圖當中沒有運行時常量池。

記憶體區域詳解

針對上面這張圖，記憶體就是指的矩形框當中運行期資料區這部分，下面簡單介紹一下各個部分的作用：
1、PC暫存器（執行緒獨有）：全名是程式計數暫存器，它記載著每一個執行緒目前運行的JAVA方法的位址，如果是目前執行的是本機方法，則程式計數器會是一個空位址。它的作用就是用來支援多線程，線程的阻塞、恢復、掛起等一系列操作，直觀的想像一下，如果沒有記住每個線程目前運行的位置，又如何恢復呢。依據這一點，每一個執行緒都有一個PC暫存器，也就是說PC暫存器是線程獨有的。
2、JAVA虛擬機棧（線程獨有）：JAVA虛擬機棧是在創建線程的同時創建的，用於存儲棧幀，JAVA虛擬機棧也是線程獨有的。


棧幀：簡單點說，可以解釋為是一個方法運行時，臨時數據的存儲區域，具體點說，它裡麵包括了數據和部分的過程結果，與此同時，它又肩負著處理方法傳回值、動態連結以及異常分派的任務。棧幀是隨著方法的創建而創建，隨著方法的結束而銷毀，如果方法拋出異常，也算方法結束。然而在每一個堆疊幀中，都有自己的局部變數表以及操作數棧以及對當前類別的運行時常數池的參考。
局部變數表：它是一個方法局部變數的列表，是在編譯時期就寫入了class檔案當中。簡單的理解，可以將它理解為一個物件數組，而裡面按照索引0到length-1分別對應於每一個局部變量，特別的，如果是實例方法的局部變數表，第0個局部變數會是一個指向目前實例的引用，也就是this關鍵字，其餘的局部變數則從索引1開始。
操作數棧：它是一個後進先出（LIFO）棧，而它的長度也是在編譯時期就寫入了class檔案當中，是固定的。它的作用就是提供字節碼指令操作變數計算的空間，例如簡單的，對於int a=9這句話來說，就需要先將9壓入操作數棧，再將9賦給a這個變數。

3、JAVA堆（全域共享）：這一部分是JAVA記憶體中最重要的一部分，之所以說是最重要的一部分，並不是因為它的重要性，而是指作為開發人員最應該關注的一部分。它隨著JAVA虛擬機的啟動創建，儲存著所有對象實例以及數組對象，而且內置了“自動內存管理系統”，也就是我們常說的垃圾蒐集器（GC）。 JAVA堆中的記憶體釋放是不受開發人員控制的，完全由JAVA虛擬機器一手操辦。對於JAVA虛擬機如何實現垃圾蒐集器，JAVA虛擬機規範沒有明確的規定，也正因如此，我們平時使用的JAVA虛擬機中提供了許多種垃圾蒐集器，它們採用不同的演算法以及實現方式，已滿足多方面的性能需求。
4、方法區（全域共享）：方法區也是堆的一個組成部分，它主要儲存的是運行時常數池、字段資訊、方法資訊、構造方法與普通函數的字節碼內容以及一些特殊方法。它與JAVA堆的區別除了儲存的資訊與JAVA堆不一樣之外，最大的區別就是這一部分JAVA虛擬機規範不強制要求實現自動記憶體管理系統（GC）。
5、本地方法棧（執行緒獨有）：本地方法棧是一個傳統的棧，它用來支援native方法的執行。如果JAVA虛擬機器是使用的其它語言實作指令集解釋器的時候，也會用到本機方法堆疊。如果前面這兩種都未發生，也就是說如果JAVA虛擬機器不依賴本地方法棧，而且JAVA虛擬機器也不支援native方法，則不需要本地方法棧。而如果需要的話，則本地方法堆疊也是隨每一個執行緒的啟動而建立的。
上面五個記憶體區域，除了PC暫存器之外，其餘四個一般情況下，都要求JAVA虛擬機實作提供給客戶調節大小的參數，也就是我們常用的Xms、Xmx等等。

記憶體管理

記憶體管理分為記憶體分配和記憶體釋放，看一下上面的五個記憶體區域，其實可以大致分為兩部分，一部分是全域共享，一部分是執行緒獨有。
對於線程獨有的這部分內存，都是隨著線程的啟動而創建，而當線程被銷毀時，內存也就隨之釋放。這一部分內存，不需要垃圾蒐集器的管理，而是JAVA虛擬機來主動管理，每當一個線程被創建的時候，JAVA虛擬機就會為其分配相應的PC寄存器和JAVA虛擬機棧，如果需要的話，還會有本地方法堆疊。對應的，當一個執行緒被銷毀的時候，JAVA虛擬機器也會將這個執行緒佔有的記憶體全部釋放。
相對於線程獨有的那部分內存，全局共享的這部分內存更加難以處理，不過這只是針對於虛擬機的實現來說，因為這一部分內存是要實現自動內存管理系統（GC）的。
全域共享的這部分記憶體（以下簡稱堆），記憶體分配主要是由程式設計師顯示的使用new關鍵字來觸發的，至於new出來的這部分內存在哪分配，如何分配，則是JAVA虛擬機來決定。而這部分記憶體的釋放，則是由自動記憶體管理系統（以下簡稱GC）來管理的。
通常情況下，堆記憶體分配是要依賴GC的策略與實現的，在分配的時候，就要考慮好到時候如何回收這部分記憶體。也是因為如此，對於記憶體分配這一部分的講解來說，我們必須得先了解記憶體是如何被回收的，才能更好的理解記憶體要怎麼被分配。

結束語

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