深入理解JVM（3）--- 内存分配策略

发表于   |   分类于   |     |  

Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人想出去。

垃圾收集器与内存分配策略

1.说明

在Java运行时区域中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域随线程而生，随线程而灭；栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊的进行着出栈和入栈操作，每一个栈帧中分配多少内存基本上在类结构确定下来时就已知的，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，不用过多考虑回收的问题。

而Java堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不同，只有在程序处于运行期间才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的。垃圾收集器所关注的正是这部分内存。

2.如何判断对象是存活状态还是死去状态

判断算法

1.引用计数算法

算法说明：
　　给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它的时候，计数器值就加1,；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

主流的Java虚拟机没有选用引用计数算法来管理内存，最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。

2.可达性分析算法

算法基本思路：
　　通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所经过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可引用的，会被判定为可回收对象。

可作为GC Roots的对象包括以下几种：

  1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
  2. 方法区中类静态属性引用的对象
  3. 方法区中常量引用的对象
  4. 本地方法栈中Native方法引用的对象

判断条件

要真正宣告一个对象的死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。如果对象被判定有必要执行finalize()方法，那么对象将会放置在一个叫做F-Queue的队列之中，并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它。finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己——重新与引用链上的任何一个对象建立关联，那在第二次标记时它将被移除“即将回收”的集合；如果对象这时候还没有逃脱，那基本上它就真的被回收了。

引用（Reference）

（1） 强引用（Strong Reference）：

　　指在程序代码中普遍存在的，类似“Object obj = new Object()”这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

（2） 软引用(Soft Reference)：

　　用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软引用对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

（3） 弱引用（Weak Reference）：
　　
　　用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。

（4） 虚引用（Phantom Reference）：

　　也被称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

垃圾收集算法

1.标记-清除算法

分标记和清除两个阶段，首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成之后统一回收所有被标记的对象。

主要不足有两个：

  1. 效率问题：标记和清除两个过程效率都不高
  2. 空间问题：标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存，而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

2.复制算法

将可用内存按容量大小划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另一块上面，然后再把已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，只要移动指针按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。但是会将内存缩小为原来的一半，代价稍高。现在的商业虚拟机采用此种收集算法来回收新生代。研究已经表明并不需要按照1:1的比例来划分内存空间。

3.标记-整理算法

标记过程与“标记-清除”算法一样，但后续步骤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，然后直接清理掉端边界以外的内存

4.分代手机算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法。
根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代。
在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清除”或者“标记-整理”算法来进行回收。