一、Java内存结构

1、Java堆（Java Heap）

• java堆是java虚拟机所管理的内存中最大的一块，是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
• 此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配

使用new的对象，定义数组
垃圾回收机制算法JVM参数调优，内存溢出和内存泄漏

2、Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）

• java虚拟机也是线程私有的，它的生命周期和线程相同。
• 虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息

基本数据类型，局部变量（每个线程独立栈）

3、本地方法栈（Native Method Stack）

• 本地方法栈与虚拟机栈所发挥作用非常相似
• 它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的native方法服务

Java语言调用外部语言（C语言），方法使用native修饰（CAS实现）
安卓开发中：应用层java api调用底层C语言的JNI

4、方法区（Method Area）

• 方法区与java堆一样，是各个线程共享的内存区域
• 它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据
• 它有个别命叫Non-Heap（非堆）

类的信息、常量、静态—永久区full GC

5、执行引擎

• 虚拟机核心的组件就是执行引擎，它负责执行虚拟机的字节码，一般户先进行编译成机器码后执行

二、垃圾回收机制

1、概念

• 不定时去堆内存中清理不可达对象
• 不可达的对象并不会马上就会直接回收， 垃圾收集器在一个Java程序中的执行是自动的，不能强制执行，即使程序员能明确地判断出有一块内存已经无用了，是应该回收的，程序员也不能强制垃圾收集器回收该内存块
• 程序员唯一能做的就是通过调用System.gc 方法来"建议"执行垃圾收集器，但其是否可以执行，什么时候执行却都是不可知的
• 这也是垃圾收集器的最主要的缺点。当然相对于它给程序员带来的巨大方便性而言，这个缺点是瑕不掩瑜的

垃圾回收机制：JVM不定时的回收不可达的对象（自动）
什么是不可达对象：对象没有被引用或者对象没有存活
垃圾收集系统是Java的核心，也是不可少的，Java有一套自己进行垃圾清理的机制，开发人员无需手动清理

2、不可达对象

public class App  {
    //什么是不可达对象：没有被继续引用（没有存活，没有被继续的使用）
    public static void main(String[] args) {
        Object object = new Object();//此时对象还是可达的
        object = null;//执行后，对象不可达，提示JVM回收
    }
}

3、finalize方法

• finalize方法：垃圾回收机制之前，会进行执行的方法

public class App  {
    //什么是不可达对象：没有被继续引用（没有存活，没有被继续的使用）
    public static void main(String[] args) {
        App object = new App();//此时对象还是可达的
        object = null;//执行后，对象不可达，提示JVM回收
        System.gc();//提示给gc进行垃圾回收，误区：提示给JVM垃圾回收机制进行回收，但是不代表立即进行回收
        //gc线程是守护线程，与主线程绑定在一起
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        //垃圾回收机制之前，会进行执行的方法
        System.out.println("垃圾回收机制要开始执行我的方法了......");
    }
}

三、堆内存的划分

• 在Java中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 (Young)、老年代 (Old)
• 默认空间划分比例 -> 新生代：老年代 = 1：2

垃圾回收机制在新手代更频繁，老年代一般来说回收的次数比较少\

1、新生代

• 刚出生不久的对象，存放在新生代里面，存放不是经常使用的对象
• 新生代又划分成3个区域：eden、s0（from）、s1（to） -> （比例8：1：1）
  • s0和s1主要负责用来复制、交换对象

a）晋升机制

• 绝大多数情况下，对象首先分配在eden区
• 在新生代回收后，如果对象还存活，则进入s0或s1区，
• 之后每经过一次新生代回收，如果对象存活则它的年龄就加1
• 对象达到一定的年龄后，则进入老年代。

2、老年代

• 存放比较活跃的对象，经常被引用对象
• 一般很少会被垃圾回收，除非内存满的情况

四、对象是否存活判断

1、引用计数法（淘汰）

• 引用计数法就是如果一个对象没有被任何引用指向，则可视之为垃圾。这种方法的缺点就是不能检测到环的存在
  • 给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值加１；当引用失效时，计数器值减１.任何时刻计数器值为０的对象就是不可能再被使用的
• 首先需要声明，至少主流的Java虚拟机里面都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

默认年龄0岁
每个对象有一个年龄，如果小于或者等于15岁，存放在新生代里面，如果大于15岁就会存放在老年代
GC线程不定时进行回收时，如果对象被引用的话，年龄就会加1，如果没有被继续回收年龄会减少1
如果年龄为0岁的话，会被垃圾回收机制认为是不可达的对象，会被清理掉

2、根搜索算法

• 概念：
  • 根搜索算法的基本思路就是通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走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用的
• 算法：
  • 算法的基本思想是通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链（即GC Roots到对象不可达）时，则证明此对象是不可用的
• 如何选取GCRoots对象，在Java语言中，可以作为GCRoots的对象包括下面几种：
  • (1). 虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。
  • (2). 方法区中的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JNI(Native方法)引用的对象。

• 从上图可以得出对象实例1、2、4、6都具有GC Roots可达性，也就是存活对象，不能被GC回收的对象
• 而对于对象实例3、5直接虽然连通，但并没有任何一个GC Roots与之相连，这便是GC Roots不可达的对象，这就是GC需要回收的垃圾对象

五、垃圾回收机制策略

1、标记清除算法

• 该算法有两个阶段
  • 标记阶段：找到所有可访问的对象，做个标记
  • 清除阶段：遍历堆，把未被标记的对象回收
• 应用场景：该算法一般应用于老年代,因为老年代的对象生命周期比较长
• 优点：
  • 可以解决循环引用的问题
  • 必要时才回收(内存不足时)
• 缺点：
  • 回收时，应用需要挂起，也就是stop the world
  • 标记和清除的效率不高（是一个一个回收的），尤其是要扫描的对象比较多的时候
  • 会造成内存碎片(会导致明明有内存空间,但是由于不连续,申请稍微大一些的对象无法做到)

2、复制算法

算法过程：
1、当Eden区满的时候,会触发第一次young gc,把还活着的对象拷贝到Survivor From区；当Eden区再次触发young gc的时候,会扫描Eden区和From区域,对两个区域进行垃圾回收,经过这次回收后还存活的对象,则直接复制到To区域,并将Eden和From区域清空。
2、当后续Eden又发生young gc的时候,会对Eden和To区域进行垃圾回收,存活的对象复制到From区域,并将Eden和To区域清空。
3、可见部分对象会在From和To区域中复制来复制去,如此交换15次(由JVM参数MaxTenuringThreshold决定,这个参数默认是15),最终如果还是存活,就存入到老年代
注意: 万一存活对象数量比较多，那么To域的内存可能不够存放，这个时候会借助老年代的空间。

• 复制算法是新生代使用的
• s0和s1一定有一个是空的，目的是为了存放下一次复制
• 所以一开始对象进入eden区，垃圾回收发现经常被使用，就会进入S0或S1（主要看哪个是非空的）
• 优点：在存活对象不多的情况下，性能高，能解决内存碎片和java垃圾回收算法之-标记清除 中导致的引用更新问题
• 缺点：会造成一部分的内存浪费。不过可以根据实际情况，将内存块大小比例适当调整；如果存活对象的数量比较大，coping的性能会变得很差

术语：新生代划分为Eden(伊甸园) 与2块Survivor Space(幸存者区)

3、标记压缩算法

• 标记压缩算法和标记清楚算法很相似，唯一不同的是使用了排序，解决了碎片化问题
  • 任意顺序 : 即不考虑原先对象的排列顺序，也不考虑对象之间的引用关系，随意移动对象；
  • 线性顺序 : 考虑对象的引用关系，例如a对象引用了b对象，则尽可能将a和b移动到一块；
  • 滑动顺序 : 按照对象原来在堆中的顺序滑动到堆的一端
• 优点：解决内存碎片问题
• 缺点：压缩阶段，由于移动了可用对象，需要去更新引用

4、分代算法

• 这种算法，根据对象的存活周期的不同将内存划分成几块，新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。可以用抓重点的思路来理解这个算法。
• 新生代对象朝生夕死,对象数量多，只要重点扫描这个区域，那么就可以大大提高垃圾收集的效率。
  • 在新生代，每次垃圾收集器都发现有大批对象死去，只有少量存活，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；可以参看之前的coping复制算法
• 老年代对象存储久，无需经常扫描老年代，避免扫描导致的开销。
  • 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“标记－清除-压缩”算法进行回收

新创建的对象被分配在新生代，如果对象经过几次回收后仍然存活，那么就把这个对象划分到老年代
老年代区存放Young区Survivor满后触发minor GC后仍然存活的对象，当Eden区满后会将存活的对象放入Survivor区域
如果Survivor区存不下这些对象，GC收集器就会将这些对象直接存放到Old区中
如果Survivor区中的对象足够老，也直接存放到Old区中
如果Old区满了，将会触发Full GC回收整个堆内存