前言

本篇主要介紹JVM內(nèi)存分配和回收策略，內(nèi)容主要節(jié)選自《深入理解java虛擬機(jī)》。

一、內(nèi)存分配策略

1. 堆內(nèi)存模型

組成：

• 新生代 默認(rèn)占堆空間的三分之一，由于在新生代對象大多都是朝生夕死，則采用的是復(fù)制算法，在復(fù)制的期間會有頻繁的Minor GC。
• 老年代 默認(rèn)占堆空間的三分之二，老年代對象大多都是長期存活的，則采用的是標(biāo)記算法，老年代的Major GC開銷非常大。
• Eden 新生代分為2個(gè)區(qū) Eden和Survivor區(qū) 其中Eden區(qū)默認(rèn)占新生代十分之八的空間，對象優(yōu)先進(jìn)入Eden區(qū)。
• Survivor 當(dāng)Eden區(qū)內(nèi)存滿了之后會進(jìn)行一次Minor GC存活對象會進(jìn)入Survivor區(qū)，默認(rèn)占新生代十分之二空間， 其中它又均分為From區(qū)和To區(qū)，在Survivor區(qū)的對象每熬過一次從From區(qū)到TO區(qū)則年齡+1。

大多情況下，對象在新生代Eden區(qū)中分配。當(dāng)Eden沒有足夠的空間分配對象時(shí)虛擬機(jī)會發(fā)起一次Minor GC。

2.2 大對象直接到老年代

大對象即需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的對象（例如很長的字符串及數(shù)組）。虛擬機(jī)提供了一個(gè)-XX:PretenureSizeThreshoId參數(shù)，令大于這個(gè)設(shè)置值的對象直接在老年代分配，這樣做的目的是避免在Eden區(qū)及兩個(gè)區(qū)之間發(fā)生大量的內(nèi)存復(fù)制。注意PretenureSizeThreshoId參數(shù)只對Serial和ParNew兩款收集器有效。

2.3 動態(tài)年齡判斷

為了能更好地適應(yīng)不同程序的內(nèi)存狀況，虛擬機(jī)并不是永遠(yuǎn)地要求對象的年齡必須達(dá)到了MaxTenuringThreshold才能晉升老年代，如果在Survivor空間中相同年齡所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對象就可以直接進(jìn)人老年代，無須等到MaxTenuringThreshoId中要求的年齡。

2.4 內(nèi)存擔(dān)保機(jī)制

在發(fā)生Minor GC之前，虛擬機(jī)會先檢查Survivor空間是否夠用，如果夠用則直接進(jìn)行Minor GC。否則進(jìn)行檢查老年代最大連續(xù)可用空間是否大于新生代的總和，假如大于，那么這個(gè)時(shí)候發(fā)生Minor GC是安全的。假如不大于，那么需要判斷HandlePromotionFailure設(shè)置是否允許擔(dān)保失敗。假如允許，則繼續(xù)判定老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于平均晉升到老年代對象的平均值，如果大于，這個(gè)時(shí)候可以發(fā)生Minor GC ，如果小于或者設(shè)置HandlePromotionFailure不允許擔(dān)保失敗，則需要做一次Full GC。通常會把HandlePromotionFailure開關(guān)打開，以減少Full GC。

2.5 長期存活對象

虛擬機(jī)給每個(gè)對象定義了一個(gè)對象年齡（Age）計(jì)數(shù)器（存在于對象頭中）。如果對象在Eden出生并經(jīng)過第一次MinorGC后仍然存活，并且能被Survivor容納的話，將被移動到Survwor空間中，并且對象年齡設(shè)為1。對象在Survivor區(qū)中每“熬過”一次MinorGC，年齡就增加1歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度（默認(rèn)為15歲），就將會被晉升到老年代中。對象晉升老年代的年齡閾值，可以通過參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshoId設(shè)置。

二、對象存活

判斷對象存活一般有兩種方式: 引用計(jì)數(shù)算法和可達(dá)性分析算法。

1.引用計(jì)數(shù)算法

原理：

1. 引用計(jì)數(shù)算法(Reference Counting)比較簡單,對每個(gè)對象保存一個(gè)整型的引用計(jì)數(shù)器屬性。用于記錄對象被引用的情況。
2. 對于一個(gè)對象A,只要有任何一個(gè)對象引用了A,則A的引用計(jì)數(shù)器就加1;當(dāng)引用失效時(shí),引用計(jì)數(shù)器就減1。只要對象A的引用計(jì)數(shù)器的值為0,即表示對象A不可能再被使用,可進(jìn)行回收。

優(yōu)點(diǎn):

1. 實(shí)現(xiàn)簡單,垃圾對象便于辨識;
2. 判定效率高,回收沒有延遲性。

缺點(diǎn):

1. 它需要單獨(dú)的字段存儲計(jì)數(shù)器,這樣的做法增加了存儲空間的開銷。
2. 每次復(fù)制都需要更新計(jì)數(shù)器,伴隨著加法和減法操作,這增加了時(shí)間開銷。
3. 引用計(jì)數(shù)器有一個(gè)嚴(yán)重的問題,即無法處理循環(huán)引用的情況。這是一條致命缺陷,導(dǎo)致在Java的垃圾回收器中沒有使用這類算法。

2.可達(dá)性分析算法

定義：相對于引用計(jì)數(shù)算法而言，可達(dá)性分析算法不僅同樣具備實(shí)現(xiàn)簡單和執(zhí)行高效等特點(diǎn)，更重要的是該算法可以有效地解決在引用計(jì)數(shù)算法中循環(huán)引用的問題，防止內(nèi)存泄漏的發(fā)生。

原理：

1. 可達(dá)性分析算法是以根對象集合（GCRoots）為起始點(diǎn)，按照從上至下的方式搜索被根對象集合所連接的目標(biāo)對象是否可達(dá)。
2. 使用可達(dá)性分析算法后，內(nèi)存中的存活對象都會被根對象集合直接或間接連接著，搜索所走過的路徑稱為引用鏈（Reference Chain）。
3. 如果目標(biāo)對象沒有任何引用鏈相連，則是不可達(dá)的，就意味著該對象己經(jīng)死亡，可以標(biāo)記為垃圾對象。
4. 在可達(dá)性分析算法中，只有能夠被根對象集合直接或者間接連接的對象才是存活對象。

GC ROOT 對象：

• 虛擬機(jī)棧中引用的對象；
  比如：各個(gè)線程被調(diào)用的方法中使用到的參數(shù)、局部變量等。
• 本地方法棧內(nèi) JNI（通常說的本地方法）引用的對象；
• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象；
  比如：Java類的引用類型靜態(tài)變量
• 方法區(qū)中常量引用的對象；
  比如：字符串常量池（string Table）里的引用
• 所有被同步鎖 synchronized 持有的對象；
• Java虛擬機(jī)內(nèi)部的引用。
  基本數(shù)據(jù)類型對應(yīng)的 Class 對象，一些常駐的異常對象（如：NullPointerException、OutOfMemoryError），系統(tǒng)類加載器。

3.再談引用

• 強(qiáng)引用：強(qiáng)引用在代碼中普遍存在，例如Object obj=new Object() 這類的引用。只要強(qiáng)引用存在，垃圾回收器永遠(yuǎn)不會回收掉被引用的對象。
• 軟引用：軟引用來描述一些還有用但并非必須的對象，在系統(tǒng)要發(fā)生內(nèi)存溢出之前，將會把這些對象列入回收范圍之中進(jìn)行第二次回收，如果第二次回收還沒有足夠的內(nèi)存，才會拋出內(nèi)存溢出異常。
• 弱引用：弱引用也是用來描述必須對象的，但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱，被弱引用關(guān)聯(lián)的對象只能生存到下一次垃圾回收發(fā)生之前。當(dāng)垃圾回收器工作時(shí)，無論內(nèi)存是否足夠，都回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。
• 虛引用：它是最弱的一種引用關(guān)系。它無法通過虛引用來取得一個(gè)對象實(shí)例。唯一目的就是能在這個(gè)對象被回收之前會收到一個(gè)系統(tǒng)通知。

三、內(nèi)存回收

1.堆內(nèi)存回收

是JVM所管理內(nèi)存最大的一塊，也是gc回收的主要區(qū)域。

1.1 哪些對象能回收？

堆內(nèi)存中對象存活是使用可達(dá)性分析算法來判斷，其中非存活對象由GC回收掉。這個(gè)就是虛擬機(jī)需要回收堆的對象。

1.2 如何回收？

1. Minor GC：新生代收集，目標(biāo)只是新生代的垃圾收集；
2. Major GC：老年代收集，目標(biāo)是老年代的垃圾收集（具體說只有CMS會有單獨(dú)收集老年代的行為）；
3. Full GC：收集整個(gè)java堆和方法區(qū)的垃圾收集。這里補(bǔ)充說明一下雖然網(wǎng)上很多說什么Full GC就是Major GC，在這里我要重申一下并不是，具體看書上描述如下：

Mixed GC：收集整個(gè)新生代以及部分老年代的垃圾收集，僅G1支持。（類似于Full GC）

1.3 什么時(shí)候回收？

Minor GC觸發(fā)條件：

1. Eden區(qū)域滿了，會觸發(fā)Minor GC；
2. 新生對象需要分配到新生代的Eden，當(dāng)Eden區(qū)的內(nèi)存不夠時(shí)需要進(jìn)行MinorGC。

Major GC觸發(fā)條件：

1. 老年代區(qū)域設(shè)置的閾值空間滿了，會觸發(fā)Major GC；
2. 新對象需要分配到老年代，此時(shí)老年代設(shè)置閾值可用空間不足時(shí)觸發(fā)Major GC。

Full GC觸發(fā)條件：

• 內(nèi)存擔(dān)保機(jī)制 ，Survivor空間不足時(shí)，判斷是否允許擔(dān)保失敗，如果不允許則進(jìn)行Full GC。如果允許，并且每次晉升到老年代的對象平均大小>老年代最大可用連續(xù)內(nèi)存空間，也會進(jìn)行Full GC；
• MinorGC后存活的對象超過了老年代剩余空間；
• 方法區(qū)內(nèi)存不足時(shí)；
• 程序中調(diào)用了System.gc()方法，可用通過-XX:+ DisableExplicitGC來禁止調(diào)用System.gc；
• CMS GC異常，CMS運(yùn)行期間預(yù)留的內(nèi)存無法滿足程序需要，就會出現(xiàn)一次“Concurrent Mode Failure”失敗，會觸發(fā)Full GC。

2.方法區(qū)回收

方法區(qū)主要回收廢棄的常量池和不再使用類型，但這個(gè)2類對象存活的判斷還不一樣。

2.1 常量池

同堆的對象存活類似-可達(dá)性分析法，具體請參考之前的可達(dá)性分析法。

2.2 類型數(shù)據(jù)

• 該類索引的實(shí)例都已經(jīng)被回收；
• 加載該類的類加載器已經(jīng)被回收；
• 該類對應(yīng)的java.lang.class對象沒有任何地方被引用。

以上都是我簡單總結(jié)，以下是書上關(guān)于方法區(qū)回收描述的內(nèi)容：

其實(shí)從書上就可以看出來，關(guān)于方法區(qū)OOM問題大都是在程序中是有大量使用反射、動態(tài)代理、CGLIB等框架，如果在實(shí)際開發(fā)中遇到關(guān)于可以從以上幾個(gè)維度來定位問題。

總結(jié)

本篇所有理論知識都是摘抄于《深入理解java虛擬機(jī)》，有部分是自己簡單總結(jié)，JVM內(nèi)存分配和回收是我們在分析JVM調(diào)優(yōu)和相關(guān)問題的基石，建議看完我本篇的去多看幾遍《深入理解java虛擬機(jī)》。