以下信息摘錄自：深入理解JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)及GC機(jī)制

JVM內(nèi)存管理

JVM虛擬機(jī)常見(jiàn)面試題

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根據(jù)JVM規(guī)范，JVM把內(nèi)存區(qū)域劃分成了以下幾個(gè)區(qū)域：

1.方法區(qū)（Method Area）
2.堆區(qū)（Heap）
3.虛擬機(jī)棧（VM Stack）
4.本地方法棧（Native Method Stack）
5.程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）

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方法區(qū)（Method Area）

方法區(qū)存放的是要加載的類的信息（包括類型、修飾符等）、靜態(tài)變量(關(guān)于靜態(tài)變量和靜態(tài)方法的存儲(chǔ)請(qǐng)參考：# where is a static method and a static variable stored in java. In heap or in stack memory)、構(gòu)造函數(shù)、final定義的常亮、類中的字段和方法等字符串信息。方法區(qū)是全局共享的，在一定條件下也會(huì)被GC。當(dāng)方法區(qū)超過(guò)允許的大小時(shí)，就會(huì)拋出OutOfMemory：PermGen Space異常。

在Hotspot虛擬機(jī)中，這塊區(qū)域?qū)?yīng)持久代（Permanent Generation），一般來(lái)說(shuō)，在方法區(qū)上執(zhí)行GC的情況很少，這也就是方法區(qū)被稱作持久代的原因之一，但這并不代表方法區(qū)上就完全沒(méi)有被GC的可能，方法區(qū)中的GC主要針對(duì)常量池的回收和已加載類的卸載。在方法區(qū)上進(jìn)行GC，條件相當(dāng)苛刻而且困難。

運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分，用于存儲(chǔ)編譯器生成的常亮和引用。一般來(lái)說(shuō)，常量的分配在編譯時(shí)就能確定，但也不全是，也可以存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的常量。比如String類的intern()方法，作用是String類維護(hù)了一個(gè)常量池，如果調(diào)用的字符"Hello"已經(jīng)在常量池中，則直接返回常量池的地址，否則新建一個(gè)常量放入常量池中，并返回地址。

堆區(qū)（Heap）

堆區(qū)是GC發(fā)生最頻繁的地方，也是理解GC機(jī)制最重要的區(qū)域。堆區(qū)是由所有的線程共享的，在虛擬機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候創(chuàng)建。堆區(qū)主要用于存放對(duì)象實(shí)例及數(shù)組，凡是通過(guò)new生成的對(duì)象都存放在堆中，對(duì)于堆中的對(duì)象生命周期的管理由Java虛擬機(jī)的垃圾回收機(jī)制GC進(jìn)行回收和統(tǒng)一管理。類的非靜態(tài)成員變量也放在堆區(qū)，其中基本數(shù)據(jù)類型是直接保存值，而復(fù)雜類型是保存指向?qū)ο蟮囊茫庆o態(tài)成員變量在類的實(shí)例化時(shí)開(kāi)辟空間并且初始化。所以你要知道類的幾個(gè)時(shí)機(jī)，加載-連接-初始化-實(shí)例化。

虛擬機(jī)棧（VM Stack）

虛擬機(jī)棧占用的操作系統(tǒng)內(nèi)存，每個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)虛擬機(jī)棧，他是線程私有的，生命周期和線程一樣，每個(gè)方法被執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生一個(gè)棧楨（Statck Frame)，棧楨用于存儲(chǔ)局部變量表、動(dòng)態(tài)鏈接、操作數(shù)和方法返回值等信息，當(dāng)方法被調(diào)用時(shí)，棧楨入棧，當(dāng)方法調(diào)用結(jié)束時(shí)，棧楨出棧。

局部變量表中存儲(chǔ)著方法相關(guān)的局部變量，包括各種基本數(shù)據(jù)類型及對(duì)象的引用地址等，因此他有個(gè)特點(diǎn)：內(nèi)存空間可以在編譯時(shí)間就確定，運(yùn)行時(shí)不再改變。

虛擬機(jī)棧定義了兩種異常類型：StackOverFlowError(棧溢出)和OutOfMemoryError（內(nèi)存溢出）。如果線程調(diào)用的棧深度大于虛擬機(jī)允許的最大深度（比如遞歸調(diào)用），則會(huì)拋出StackOverFlowError，不過(guò)大多數(shù)虛擬機(jī)都允許動(dòng)態(tài)擴(kuò)展虛擬機(jī)棧的大小，所以線程可以一直申請(qǐng)棧內(nèi)存，知道內(nèi)存不足時(shí)，拋出OutOfMemoryError。

本地方法棧（Native Method Stack）

本地方法棧用于支持native方法的執(zhí)行，存儲(chǔ)了每個(gè)native方法的執(zhí)行狀態(tài)。本地方法棧和虛擬機(jī)棧他們的運(yùn)行的方式一致，唯一得到區(qū)別就是：虛擬機(jī)棧執(zhí)行jaba方法，本地方法棧執(zhí)行native方法。在很多虛擬機(jī)中（如Sun的JDK默認(rèn)的HotSpot虛擬機(jī)），會(huì)將虛擬機(jī)棧和本地方法棧一起使用。

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）

程序計(jì)數(shù)器是一個(gè)很小的內(nèi)存區(qū)域，不在RAM上，而是直接劃分在CPU上，程序員無(wú)法操作它，它的作用是：JVM在解釋字節(jié)碼（.class）文件時(shí)，存儲(chǔ)當(dāng)前線程執(zhí)行的字節(jié)碼行號(hào)，只是一種概念類型，各種JVM所采用的的方式不一樣。字節(jié)碼解釋器工作時(shí)，就是通過(guò)改變程序計(jì)數(shù)器的值來(lái)取下一條要執(zhí)行的指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)等基礎(chǔ)功能都是依賴此技術(shù)區(qū)來(lái)完成的。

每個(gè)程序計(jì)數(shù)器只能記錄一個(gè)線程的行號(hào)，因此它是線程私有的。

如果程序當(dāng)前正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法，則程序計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)指令的地址，如果執(zhí)行的是native方法，則計(jì)數(shù)器的值為空，此內(nèi)存區(qū)是唯一不會(huì)拋出OutMemoryError的區(qū)域。

GC機(jī)制

隨著程序的運(yùn)行，內(nèi)存中的實(shí)例對(duì)象、變量等占據(jù)的內(nèi)存越來(lái)越多，如果不及時(shí)的進(jìn)行回收，會(huì)降低程序的運(yùn)行效率，甚至引發(fā)系統(tǒng)異常。

在上面分析得五個(gè)內(nèi)存區(qū)域中，有3個(gè)是不需要進(jìn)行內(nèi)存回收的：本地方法棧、程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧。因?yàn)樗麄兊纳芷谑呛途€程同步的，隨著線程的銷毀，他們占用的內(nèi)存會(huì)自動(dòng)釋放。所以，只有方法區(qū)和堆區(qū)需要進(jìn)行垃圾回收，回收的對(duì)象就是那些不存在任何引用的對(duì)象。

查找算法

經(jīng)典的引用計(jì)數(shù)算法，每個(gè)對(duì)象添加到引用計(jì)數(shù)器，每被引用一次，計(jì)數(shù)器+1，失去瑩瑩，計(jì)數(shù)器-1，當(dāng)計(jì)數(shù)器在一段時(shí)間內(nèi)為0時(shí)，即認(rèn)為該對(duì)象可以被回收了。但是這個(gè)算法有一個(gè)明顯的缺陷，當(dāng)存在兩個(gè)對(duì)象相互引用時(shí)，但這兩個(gè)對(duì)象都沒(méi)被其他對(duì)象引用時(shí)，理論上應(yīng)該把二者都回收掉，但是由于他們自己相互引用造成計(jì)數(shù)器不為0，不符合垃圾回收的條件，所以就導(dǎo)致無(wú)法回收這一塊內(nèi)存區(qū)域。因此，sun的JVM并沒(méi)有采用這種算法，而是采用一個(gè)叫做根搜索算法，如圖：

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補(bǔ)充概念，在JDK1.2之后引入了四個(gè)概念：強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用。

強(qiáng)引用：只要是直接new出來(lái)的對(duì)象都是強(qiáng)引用，當(dāng)對(duì)象還被其他變量引用的時(shí)候GC無(wú)論如何都不會(huì)回收，即使拋出OOM異常。
軟引用：只有當(dāng)JVM內(nèi)存不足時(shí)才會(huì)被回收。
弱引用：只要GC，就會(huì)立馬被回收，不管內(nèi)存時(shí)候充足。
虛引用：可以忽略不計(jì)，JVM完全不在乎虛引用，你可以理解它是用來(lái)湊數(shù)的。它唯一的作用就是做一些跟蹤記錄，輔助finalize函數(shù)的使用。

最后總結(jié)一下，什么樣的對(duì)象需要被回收：

1.該類的所有實(shí)例都已經(jīng)被回收；
2.加載該類的ClassLoad已經(jīng)被回收；
3.該類對(duì)應(yīng)的反射類java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有被任何實(shí)例引用。

內(nèi)存分區(qū)

堆內(nèi)存主要被分為三塊：新生代（Youn Generation）、舊生代（Old Generation）、持久代（Permanent Generation）。三代的特點(diǎn)不同，造就了他們使用的GC算法不同，新生代適合生命周期較短，快速創(chuàng)建和銷毀的對(duì)象，舊生代適合生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象，持久代在Sun Hotpot虛擬機(jī)中就是指方法區(qū)（有些JVM根本就沒(méi)有持久代這一說(shuō)法）。

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舊生代（Old Generation）：舊生代用于存儲(chǔ)新生代多次回收依然存活的對(duì)象，如緩存對(duì)象。當(dāng)舊生代滿了的時(shí)候就需要對(duì)舊生代進(jìn)行回收，舊生代的垃圾回收稱作Major GC（也叫做Full GC）。

持久代（Permanent Generation）：在Sun 的JVM中就是指方法區(qū)的意思，盡管大多數(shù)JVM沒(méi)有持久代。

GC算法

常見(jiàn)的GC算法：復(fù)制、標(biāo)記-清除和標(biāo)記-壓縮
復(fù)制：復(fù)制算法采用的方式為從根集合進(jìn)行掃描，將存活的對(duì)象移動(dòng)到一塊空閑得到區(qū)域，如圖所示：

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標(biāo)記-清除：該算法采用的方式是從根集合開(kāi)始掃描，對(duì)存活的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記完畢后，在掃描整個(gè)空間中未被標(biāo)記的對(duì)象，并進(jìn)行清除。標(biāo)記-清除的過(guò)程如下：

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標(biāo)記-壓縮：該算法與標(biāo)記-清除算法類似，都是想對(duì)存活的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，但是在清除后會(huì)把活的對(duì)象向左端空間空間進(jìn)行移動(dòng)，然后再更新其引用對(duì)象的指針，如下圖所示：

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垃圾回收器

在JVM中，GC是由垃圾回收器來(lái)執(zhí)行，所以，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，我們需要選擇合適的垃圾收集器，下面我們介紹一下垃圾收集器。

Serial GC（串行收集器）

serial GC是最古老也是最基本的收集器，但是現(xiàn)在依然被廣泛使用，JAVA SE5和JAVA SE6中客戶端虛擬機(jī)采用的是默認(rèn)的配置。比較適合于只有一個(gè)處理器的系統(tǒng)。在串行處理器中minor和major GC過(guò)程都是用一個(gè)線程進(jìn)行回收的。它的最大特點(diǎn)就是在進(jìn)行垃圾回收時(shí)，需要對(duì)所有正在執(zhí)行的線程暫停（stop the world），對(duì)于有些應(yīng)用是難以接受的，但是如果應(yīng)用的實(shí)時(shí)性要求不是那么高，只要停頓的時(shí)間控制在指定范圍之內(nèi)，大多數(shù)應(yīng)用還是可以接受的，而且，事實(shí)上它并沒(méi)有讓我們失望，幾十毫秒的停頓，對(duì)于我們客戶端是完全可以接受的，該收集器適用于單CPU、新生代控件較小且對(duì)暫停時(shí)間要求不是特別高的應(yīng)用上，是client級(jí)別的默認(rèn)GC方式。

ParNew GC（新式GC）

基本上和serial GC一樣，單本質(zhì)卻別就是加入了多線程機(jī)制，提高了效率，這樣它就可以被用于服務(wù)端上，同時(shí)它可以與CMS GC配合，所以，更加有理由將他用于server端。

Parallel Scavenge GC（并行清除GC）

在整個(gè)掃描和復(fù)制過(guò)程采用多線程的方式進(jìn)行，適用于多CPU、對(duì)暫停時(shí)間要求較短的應(yīng)用，是server級(jí)別的默認(rèn)GC方式。

CMS (Concurrent Mark Sweep)GC

該收集器的目標(biāo)是解決Serial GC停頓的問(wèn)題，以達(dá)到最短回收時(shí)間。常見(jiàn)的B/S架構(gòu)的應(yīng)用就適合這種收集器，因?yàn)槠涓卟l(fā)、高響應(yīng)的特點(diǎn)，CMS是基于標(biāo)記-清除算法實(shí)現(xiàn)的。

CMS收集器的優(yōu)點(diǎn)：并發(fā)收集、低停頓，但遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到完美；
CMS收集器的缺點(diǎn)：

1.CMS收集器對(duì)CPU資源非常敏感，在并發(fā)階段雖然不會(huì)導(dǎo)致用戶停頓，但是會(huì)占用CPU資源而導(dǎo)致應(yīng)用程序變慢，總吞吐量下降。
2.CMS收集器無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾，可能出現(xiàn)“Concurrnet Mode Failure”，失敗而導(dǎo)致另一次的Full GC。
3.CMS收集器是基于標(biāo)記-清除算法的實(shí)現(xiàn)，因此也會(huì)產(chǎn)生碎片。

G1收集器

相比CMS收集器有不少改進(jìn)，首先，基于標(biāo)記-壓縮算法，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，其次可以比較精確的控制停頓。

Serial Old收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同樣使用一個(gè)單線程執(zhí)行收集，使用“標(biāo)記-整理”算法。主要使用在Client模式下的虛擬機(jī)。

Parallel Old收集器

Parallel Old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

RTSJ垃圾收集器

RTSJ垃圾收集器，用于Java實(shí)時(shí)編程