Java虛擬機(jī)內(nèi)存管理知識(shí)有哪些

這篇文章主要講解了“Java虛擬機(jī)內(nèi)存管理知識(shí)有哪些”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“Java虛擬機(jī)內(nèi)存管理知識(shí)有哪些”吧！

0、Java 對(duì)內(nèi)存的劃分：

Java虛擬機(jī)規(guī)范將物理內(nèi)存（主內(nèi)存和CPU中的緩存、寄存器）劃分為 程序計(jì)數(shù)器 、 Java 虛擬機(jī)棧 、 本地方法棧 、 Java 堆 、 方法區(qū) 五個(gè)區(qū)域，但并沒(méi)有規(guī)定這些區(qū)域的具體實(shí)現(xiàn)，在其他地方聽(tīng)到的一些名詞（如永久代、元空間等，這些都是方法區(qū)的具體實(shí)現(xiàn)）可能都是這些區(qū)域具體的實(shí)現(xiàn)，這點(diǎn)要特別注意，別被這些概念搞暈。

各個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)如下表：

1、類加載器：

類加載器分為 Bootstrap 、 Extension ClassLoader （Java9 中是 Platform ClassLoader）、 Application ClassLoader ，級(jí)別也是從低到高。

可以調(diào)用類加載器對(duì)象的 getParent() 方法查找該級(jí)加載器的上一級(jí)加載器，也成為父類加載器。

此處不翻譯了，翻譯后就變味了，尤其是下面的 Parents Delegation Model 翻譯為雙親委派模型很不恰當(dāng)。

字節(jié)碼文件加載到內(nèi)存中，才可以實(shí)例化出類，而類加載器就是負(fù)責(zé)加載 Java 類的。低級(jí)別的類加載器在加載一個(gè)類時(shí)會(huì)先詢問(wèn)上一級(jí)的類加載器，直到詢問(wèn)到頂級(jí)的類加載器（Bootstrap），如果頂級(jí)的類加載器可以加載就加載該類，否則向下嘗試是否可以加載該類，也即是如果上一級(jí)類加載器能加載的就用上一級(jí)加載（復(fù)用上一級(jí)的類加載器），用不了再用自身的類加載器加載，這也就是口口相傳卻是翻譯很不恰當(dāng)?shù)碾p親委派模型。這樣做可以使類加載更加安全，避免加載和標(biāo)準(zhǔn) Java 類同包同名的類破壞虛擬機(jī)。

可以根據(jù)需要繼承 Application ClassLoader 實(shí)現(xiàn)自定義類加載器，隔離加載器、修改類的加載方式、擴(kuò)展加載源、防止源碼泄露。

2、類加載的過(guò)程：

類加載是將字節(jié)碼文件實(shí)例化成 Class 對(duì)象并進(jìn)行相關(guān)初始化的過(guò)程。類加載包括類的 加載（Load）、類的 鏈接 （Link）、類的 初始化 （init）三個(gè)步驟。

類的加載是將字節(jié)碼文件以二進(jìn)制流的方式讀取到內(nèi)存中并轉(zhuǎn)化為特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，檢查 cafe baby 這個(gè)魔法數(shù)（是不是Java文件的標(biāo)志），是否有父類等，創(chuàng)建類對(duì)應(yīng)的 Class 對(duì)象。

類的鏈接又分為 驗(yàn)證 、 準(zhǔn)備 、 解析 三個(gè)階段，驗(yàn)證階段是進(jìn)行更加詳細(xì)的校驗(yàn)，如類型是否正確，靜態(tài)變量是否合理等；準(zhǔn)備階段是為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存空間，并設(shè)定默認(rèn)值；解析階段是保證類和類之間相互引用的正確性，完成類在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)布局。

類的初始化并不是初始化對(duì)象，而是根據(jù)代碼中的值初始化類的靜態(tài)變量值，類的靜態(tài)變量的初始化方式也有直接在聲明時(shí)指定值和在靜態(tài)代碼塊中指定值兩種方式。

3、訪問(wèn)對(duì)象的兩種方式：

Java虛擬機(jī)棧中的局部變量表存放的數(shù)據(jù)除了基本的數(shù)據(jù)類型外，還有對(duì)象的引用類型（reference），這關(guān)系到如何訪問(wèn)一個(gè)對(duì)象。

在不同的虛擬機(jī)中，對(duì)象的訪問(wèn)方式也是不同的，主流的訪問(wèn)方式有 使用句柄 和 直接指針 兩種。

• 使用句柄：

使用句柄是在 Java 堆中劃分出一塊區(qū)域作為句柄池，句柄池中存放對(duì)象的實(shí)例數(shù)據(jù)和類型數(shù)據(jù)（類相關(guān)的信息），reference 中存放的是對(duì)象在句柄中的地址，這是一種間接訪問(wèn)對(duì)象方式。

• 直接指針：

直接指針是reference中直接存放對(duì)象的地址，但 Java 堆需要考慮如何存放訪問(wèn)對(duì)象類型的指針。

兩種方式其實(shí)各有優(yōu)劣，如下表：

4、判斷對(duì)象是否可以回收的算法：

垃圾回收之前需要判斷對(duì)象是否可以回收，常見(jiàn)的判斷算法有引用計(jì)數(shù)算法和可達(dá)性分析算法。

引用計(jì)數(shù)算法：

每個(gè)對(duì)象都有對(duì)應(yīng)的引用計(jì)數(shù)器，當(dāng)有一個(gè)地方引用該對(duì)象時(shí)，就將引用計(jì)數(shù)器的值加1，當(dāng)引用失效時(shí)，就將引用計(jì)數(shù)器的值減1，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為0時(shí)，表示對(duì)象沒(méi)有引用，可以被回收了。

缺點(diǎn)：看起來(lái)簡(jiǎn)單高效，但是有循環(huán)引用問(wèn)題。如果兩個(gè)對(duì)象中包含對(duì)方的引用就會(huì)產(chǎn)生循環(huán)引用問(wèn)題，導(dǎo)致垃圾收集器不能回收對(duì)象。

可達(dá)性分析算法：

如果對(duì)象與GC Roots 之間沒(méi)有直接或間接的應(yīng)用關(guān)系，就可以被回收了。常見(jiàn)的 GC Roots 對(duì)象包括虛擬機(jī)棧（棧幀本地變量表）中引用的對(duì)象、方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對(duì)象、方法區(qū)常量引用的對(duì)象、本地方法棧中（Native 方法）引用的對(duì)象。GC Roots，是一個(gè)特殊的對(duì)象，且絕對(duì)不能被其他對(duì)象引用，不然也會(huì)像引用計(jì)數(shù)算法那樣有循環(huán)引用的問(wèn)題。

注：歡迎工作1到6年的Java工程師朋友們加入Java架構(gòu)交流裙：834962734。群內(nèi)提供免費(fèi)的Java架構(gòu)學(xué)習(xí)資料（有Spring，MyBatis，Netty源碼分析，高并發(fā)、高性能、分布式、微服務(wù)架構(gòu)的原理，JVM性能優(yōu)化等...）這些成為架構(gòu)師必備的知識(shí)體系，以及Java進(jìn)階學(xué)習(xí)路線圖。

5、常見(jiàn)的垃圾回收算法：

• 標(biāo)記-清除算法

最基本的垃圾回收算法，后續(xù)的算法都是對(duì)它的改進(jìn)。

首先標(biāo)記出需要回收的對(duì)象，再將標(biāo)記出的區(qū)域內(nèi)容清除。

缺點(diǎn)是：標(biāo)記時(shí)的查找效率，清除時(shí)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

• 標(biāo)記-復(fù)制算法

將內(nèi)存區(qū)域劃分為兩塊，每次只使用一塊，垃圾回收時(shí)，標(biāo)記正在使用的內(nèi)存區(qū)域，將存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊內(nèi)存區(qū)域，再將原來(lái)的那一塊內(nèi)存區(qū)域一次性清除。避免了內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，但不適合存活時(shí)間長(zhǎng)的對(duì)象。

缺點(diǎn)：浪費(fèi)了一半的內(nèi)存空間，當(dāng)對(duì)象存活率高時(shí)，進(jìn)行大量的復(fù)制操作，效率不高。

• 標(biāo)記-整理算法

標(biāo)記過(guò)程和標(biāo)記-除算法相同，垃圾回收時(shí)，是將存活的對(duì)象向同一端移動(dòng)，再清除這之外的內(nèi)存區(qū)域，這樣就使得對(duì)象占用的內(nèi)存區(qū)域連續(xù)，避免了內(nèi)存碎片的產(chǎn)生。

• 分代收集算法

根據(jù)對(duì)象存活時(shí)間的長(zhǎng)短，將堆內(nèi)存分為新生代和老生代，存活時(shí)間短的對(duì)象放在新生代區(qū)域，存活時(shí)間長(zhǎng)的大對(duì)象（如對(duì)象數(shù)組）放在老生代區(qū)域。新生代和老生代的比例是 1 : 2，新生代又分為一個(gè) Eden 區(qū)和兩個(gè) Survivor 區(qū)。新生代使用標(biāo)記-復(fù)制算法，老生代使用標(biāo)記-清除算法或標(biāo)記-整理算法，這樣最大發(fā)揮各自算法的優(yōu)勢(shì)。

6、常見(jiàn)的垃圾回收器：

• Serial 回收器

Serial 采取 “復(fù)制算法” 實(shí)現(xiàn)，如果是在單 CPU 環(huán)境下，Serial 收集器沒(méi)有線程交互的開(kāi)銷，理論上是可以獲得最高的單線程執(zhí)行效率，STW 的時(shí)間也可以控制在幾十到幾百毫秒內(nèi)，這個(gè)時(shí)間是完全可以接受的。

• Serial Old （PS MarkSweep）回收器

Serial Old 收集器 是 Serial 收集器的老年代版本，同樣也是一個(gè)單線程收集器，使用了 “標(biāo)記-整理算法”。

• ParNew 回收器

ParNew 收集器實(shí)際上就是 Serial 收集器的多線程版本，收集算法、STW、對(duì)象分配的規(guī)則、回收策略等都與 Serial 收集器完全一樣，兩者相同的代碼很多。ParNew 收集器雖然有多線程優(yōu)勢(shì)，但在單 CPU 和多 CPU 環(huán)境下，效果并不一定會(huì)比 Serial 好，至少在單 CPU 環(huán)境下是肯定不如的 Serial 的。

• Parallel Scavenge 回收器

Parallel Scavenge收集器和 ParNew 收集器很像，也是一個(gè)新生代收集器，也是使用復(fù)制算法，并且還是并行的多線程的收集器。相比于 ParNew 收集器，Parallel Scavenge收集器可以更加精準(zhǔn)的控制 CPU 的吞吐量和 STW 的時(shí)間，對(duì)于交互不多的任務(wù)可以更快地完成。

• Parallel Old 回收器

Parallel Old 收集器是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本，使用多線程和 “標(biāo)記-整理算法”。在 Parallel Old 收集器出現(xiàn)之間，選擇了 Parallel Scavenge 收集器作為新生代的收集器，就只能選擇 Serial Old 收集器作為老生代收集器，這樣肯定就是對(duì)多 CPU 的浪費(fèi)，所以 Parallel Scavenge收集器 + Parallel Old 收集器，對(duì)于多 CPU 環(huán)境吞吐量要求高的環(huán)境，算是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。

• CMS 回收器

CMS （Concurrent Mark Sweep）收集器從英文名字上看就是基于 “標(biāo)記-清除算法” 實(shí)現(xiàn)的，并且還有并發(fā)的特點(diǎn)，它是一種以縮短 STW 的時(shí)間為目標(biāo)的收集器，對(duì)于一些重視服務(wù)響應(yīng)速度的網(wǎng)站，肯定是 STW 越短，用戶體驗(yàn)越好，但是缺點(diǎn)是會(huì)在垃圾收集結(jié)束后產(chǎn)生大量的空間碎片。

通過(guò)初始標(biāo)記（Initial Mark）、并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Mark）、重新標(biāo)記（Remark）、并發(fā)清除（Concurrent Sweep）四個(gè)步驟完成垃圾回收。

• G1 回收器

G1 收集器是目前最先進(jìn)的收集器，也是 JDK7 之后默認(rèn)的垃圾回收器，它是基于 “標(biāo)記-復(fù)制算法” 實(shí)現(xiàn)的，所以不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，并且也可以精準(zhǔn)地控制 STW 的時(shí)間。G1 收集器對(duì)于新生代和老年代都是適用的，優(yōu)先回收垃圾最多的區(qū)域。

感謝各位的閱讀，以上就是“Java虛擬機(jī)內(nèi)存管理知識(shí)有哪些”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)Java虛擬機(jī)內(nèi)存管理知識(shí)有哪些這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！