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JVM 内存布局与GC算法

整体上来看，JVM的内存分为堆区和 非堆区 ，而非堆区又包括了 方法区、JVM栈、本地方法栈、程序计数器 等。

2 JVM运行时数据区划分

2.1 JVM堆

其主要作用是用于为几乎所有的 对象实例 和 数组实例 的实例化提供内存空间。说通俗点，所有采用 new关键字 产生的对象的空间都在此分配。如： Map<String,String> map = new HashMap<>(); 这个map所引用的对象即位于JVM的堆中。 JVM heap的特点是：

内存不一定连续分配，只要 逻辑上是连续的 即可；
内存的大小可以通过 JVM的参数 来控制：如 -Xms = 1024M -Xmx = 2048M; 表示JVM Heap的初始大小为1GB，最大可自动伸缩到2GB；
平时所说的Java内存管理即指的是内存管理器对这部分内存的管理（创建/回收）；
所有线程共享；

2.2 JVM栈

JVM栈是伴随着线程的产生而产生的，属于线程私有区域，生命周期和线程保持一致，所以，JVM的内存管理器对这部分内存无需管理；从图1.1中可以看出，栈中有包含了多个 栈帧（frame） ，frame 伴随的方法的调用而产生 ，方法调用完毕，frame也就出栈，从JVM栈中被移除。frame主要保存方法的局部变量、操作数栈、动态链接、方法出口（reternAddress或者抛Exception）。虚拟机规范中，对此内存区域规定了两种异常情况：

StackOverflowError
OutofMemoryError

2.3 PC(程序计数器)

简称PC（Program Counter Register），为线程私有，如果执行的是一个Java方法，那么此时PC里保存的是 当前Java字节码的指令地址 ；如果说执行的是Native方法，那么PC的内容则为空。

2.4 方法区

主要用于存储已经由JVM加载的 类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码 等数据。在Hotspot JVM中，设计者使用“永久代”来实现方法区，这样带来的好处是，JVM可以不用再特别的写代码来管理方法区的内存，而可以像管理 JVM 堆一样来管理。带来的弊端在于，这很容易造成内存溢出的问题。我们知道，JVM的永久代使用 --XX:MAXPermSize来设定永久代的内存上限。值得一提的是，运行时常量池也属于方法区的一部分，所以，它的大小是受到方法区的限制的。运行期间也可以将新的常量放入池中，运用的比较多的就是String的intern()方法。注意：

在JDK6.0及之前版本，字符串常量池是放在Perm Gen区(也就是 方法区 )中；
在JDK7.0版本，字符串常量池被移到了堆中了。

2.5 本地方法栈

与JVM栈非常类似，只不过，本地方法栈是为 Java的Native method方法 调用的时候服务。JVM规范并未定义如何实现该区域，但是，在Hotspot JVM中，本地方法栈和JVM栈合二为一，所以，本地方法栈同样会抛出 StackOverflowError 和 OutofMemoryError 。

3 GC(Garbage Collection)回收机制

3.1 基本概念

垃圾回收(Garbage Collection)是Java虚拟机(JVM)垃圾回收器提供的一种用于在空闲时间不定时回收 无任何对象引用的对象占据的内存空间 的一种机制。

引用：如果Reference类型的数据中存储的数值代表的是 另外一块内存的起始地址 ，就称这块内存代表着一个引用。（引用都有哪些？对垃圾回收又有什么影响？）
垃圾： 无任何对象引用 的对象（怎么通过算法找到这些对象呢？）。
回收：清理“垃圾”占用的 内存空间 而非对象本身（怎么通过算法实现回收呢？）。
发生地点 ：一般发生在 堆内存 中，因为大部分的对象都储存在堆内存中（堆内存为了配合垃圾回收有什么不同区域划分，各区域有什么不同？）。
发生时间 ：程序 空闲时间 不定时回收（回收的执行机制是什么？是否可以通过显示调用函数的方式来确定的进行回收过程？）

3.2 判断 “垃圾” 的方法

垃圾收集器会对堆进行回收前，判断对象中哪些是“存活”，哪些是“死亡”。

引用计数算法

每当一个地方引用它时，计数器+1；引用失效时，计数器-1；计数值=0 —— 不可能再被引用。缺点：对象之间相互矛盾 循环引用 的问题。
可达性分析算法

把一系列“GC Roots”作为起始点，从节点向下搜索，路径称为 引用链 ，当一个对象 到GC Roots没有任何引用链相连 ，即不可达时，则证明此对象时不可用的。

3.3 垃圾回收算法

标记清除算法

标记-清除（Mark-Sweep）算法是现代垃圾回收算法的思想基础。标记-清除算法将垃圾回收分为两个阶段： 标记阶段 和 清除阶段 。一种可行的实现是，在标记阶段，首先通过根节点， 标记所有从根节点开始的可达对象 。，未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象（好多资料说标记出要回收的对象，其实明白大概意思就可以了）。然后，在清除阶段， 清除所有未被标记的对象 。
标记整理算法

标记整理算法类似与标记清除算法，不过它标记完对象后，不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都 向一端移动 ，然后直接 清理掉边界以外的内存 。
复制算法

复制算法可以解决效率问题，它将可用内存按容量划分为 大小相等 的两块，每次只使用其中的一块，当这一块内存用完了，就 将还存活着的对象复制到另一块上面 ，然后 再把已经使用过的内存空间一次清理掉 ，这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可（还可使用TLAB进行高效分配内存）。

3.4 垃圾回收流程

在JVM的内存空间中把堆空间分为 年老代 和 年轻代 。将大量（据说是90%以上） 创建了没多久就会消亡的对象 存储在年轻代，而年老代中存放 生命周期长久的实例对象 。年轻代中又被分为Eden区(圣经中的伊甸园)、和两个Survivor区。新的对象分配是首先放在Eden区，Survivor区作为Eden区和Old区的缓冲，在Survivor区的对象经历若干次收集仍然存活的，就会被转移到年老区。

新建的对象，大部分存储在 Eden区 中。
当Eden内存不够，就进行Minor GC释放掉不活跃对象；然后 将部分活跃对象复制到Survivor区 中（如Survivor1），同时清空Eden区。
当Eden区再次满了， 将Survivor1中不能清空的对象存放到另一个Survivor中 （如Survivor2），同时将Eden区中的不能清空的对象，复制到Survivor1，同时清空Eden区。
重复多次（ 默认15次 ）：Survivor中没有被清理的对象就会复制到 老年区（Old） 。
当Old达到一定比例，则会触发Major GC释放老年代。
当Old区满了，则触发一个一次完整的垃圾回收（Full GC）。
如果内存还是不够，JVM会抛出内存不足，发生oom，内存泄漏。