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java中JVM虛擬機(jī)內(nèi)存模型詳細(xì)說明
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JVM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：
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一個優(yōu)秀Java程序員，必須了解Java內(nèi)存模型、GC工作原理，以及如何優(yōu)化GC的性能、與GC進(jìn)行有限的交互，有一些應(yīng)用程序?qū)π阅芤筝^高，例如嵌入式系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)等，只有全面提升內(nèi)存的管理效率，才能提高整個應(yīng)用程序的性能。
本文將從JVM內(nèi)存模型、GC工作原理，以及GC的幾個關(guān)鍵問題進(jìn)行探討，從GC角度提高Java程序的性能。
1 java內(nèi)存分為：
程序計(jì)數(shù)器(當(dāng)前線程所執(zhí)行字節(jié)碼的行號指示器，字節(jié)碼解釋器要通過改變這個計(jì)數(shù)器的值來選擇下一條字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、異常處理等。每條線程都有一條獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，屬于線程私有的內(nèi)存區(qū))、
java虛擬機(jī)棧(也是線私有的，存儲局部變量、操作棧，每個方法執(zhí)行時(shí)創(chuàng)建一個棧幀，執(zhí)行過程就是棧的出棧入棧操作)、
本地方法棧(執(zhí)行native方法)、
年輕代堆(eden、from survivor、to survivor)、年老代堆(經(jīng)過幾次垃圾回收，保存下來的)、
持久代堆(也叫方法區(qū)，保存常量池和類型數(shù)據(jù)信息，不會被回收)、
直接內(nèi)存(使用native方法直接分配堆外內(nèi)存，再通過堆內(nèi)的DirectByteBuffer作為這塊內(nèi)存的引用進(jìn)行操作)
2 對象訪問有兩種：通過句柄池和直接通過指針，句柄池的好處是垃圾回收后，不需要改變對象引用，只要改變句柄引用;直接指針的好處是效率較高。
引用《深入java虛擬機(jī)第二章》
解釋了minor gc和major gc，和兩個survivor區(qū)之于復(fù)制收集算法的意義
3 jvm內(nèi)存機(jī)制
java內(nèi)存中的四種引用解析，強(qiáng)引用、弱引用、軟引用、虛引用
4 垃圾回收算法
4.1 引用計(jì)數(shù)，效率高，但是無法解決無用對象循環(huán)引用的問題。及時(shí)引用計(jì)數(shù)大于0，但卻不可用。
4.2 根對象可達(dá)，java虛擬機(jī)使用的方式。可以作為根對象的有：虛擬機(jī)棧幀中引用的對象，方法區(qū)中(持久區(qū))類靜態(tài)屬性引用的對象(類靜態(tài)屬性在創(chuàng)建實(shí)例之前就已經(jīng)為這個屬性分配好空間，創(chuàng)建好實(shí)例，在所有的類實(shí)例中共享)，方法區(qū)中常量引用的對象(比如常量字符串)，本地方法棧中引用的對象(native方法)。
4.3 引用強(qiáng)度，強(qiáng)(即傳統(tǒng)理解的引用，obj=new obj())，軟(softReference，在內(nèi)存溢出之前，GC會將這部分納入回收范圍，進(jìn)行二次回收，如果還是沒有足夠內(nèi)存，那么OOM)，弱(weakReference,一旦GC進(jìn)行回收，無論內(nèi)存是否充足都會被回收)，虛(有虛引用不會影響生命周期，無法通過虛引用來獲得一個對象，唯一作用是對象被回收時(shí)能得到一個系統(tǒng)通知，PhantomReference)
4.4 對象在回收之前會調(diào)用僅有一次finalize()，可以在finalize中自救，把自己被引用。只有當(dāng)對象覆蓋finalize()方法才會被放入執(zhí)行finalize()的隊(duì)列。不建議使用這個，可以用try{} finally代替。
4.5 java回收算法
標(biāo)記清除法，效率低下，會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
復(fù)制收集算法，較為主流的算法，分區(qū)，eden,survivor，將未被回收的對象移動到survivor區(qū)，然后一次性清理eden區(qū)。這種算法適用于對象存活率不高的情況，要犧牲一部分分配空間，一般來說eden:survivor=8:1。
當(dāng)對象存活率很高的時(shí)候，復(fù)制收集算法的效率會出現(xiàn)問題，所以有了標(biāo)記-整理算法。把所有存活對象整理到一端，再把另一端直接清理掉。
分代算法，java內(nèi)存一般都分為新生代和年老代，根據(jù)兩個區(qū)域?qū)ο蟠婊盥实奶攸c(diǎn)，分別采用了復(fù)制-收集算法和標(biāo)記-清理(標(biāo)記-整理)算法。
4.6 垃圾收集器
serial收集器，單線程收集。很可惡，會停掉其他用戶線程。糟糕的用戶體驗(yàn)。但是適用于client端，因?yàn)楫a(chǎn)生的垃圾量少，回收快，幾十毫秒解決。
parNew收集器，和serial一樣。區(qū)別是收集時(shí)采用多線程機(jī)制。
CMS收集器，可以讓收集線程和用戶線程并發(fā)執(zhí)行，可惜的是作為年老代的收集器，只能和上面兩個不靠譜的收集器一起配合使用。它是以最短停頓時(shí)間為目標(biāo)的年老代收集器，使用mark-sweep算法(標(biāo)記-清除)。回收步驟是初始標(biāo)記(stop world),并發(fā)標(biāo)記，重新標(biāo)記(stop world)，并發(fā)清除。stop world的時(shí)間很短，所以可以認(rèn)為是用戶線程并發(fā)的收集器。
parallel scavenge收集器，是并發(fā)收集器，可以和用戶線程并存。可以通過參數(shù)控制吞吐量=用戶線程時(shí)間/(用戶時(shí)間+垃圾收集時(shí)間)，前臺程序適用低吞吐量，減少用戶操作每次停頓的時(shí)間;而后臺程序適用于高吞吐量，盡快完成后臺的計(jì)算。也稱作吞吐量優(yōu)先收集器。該收集器還能設(shè)置自適應(yīng)模式，會根據(jù)實(shí)際情況動態(tài)調(diào)整吞吐量。
serial old收集器和serial一樣，用于年老代收集。使用標(biāo)記整理算法。
parallel old收集器，用于和parallel scavenge配合使用的年老代收集器，是parallel scavenge的最佳搭檔。
G1(garbage first)收集器，最前沿的，jdk1.6進(jìn)入試用期。采用標(biāo)記-整理算法，并且對新生區(qū)分區(qū)，分區(qū)有不同的優(yōu)先級，優(yōu)先收集內(nèi)存較滿的區(qū)域。有著很高的并發(fā)和較低的停頓，也算是敏捷的一種收集器。
5 基本經(jīng)驗(yàn)
minor gc是運(yùn)行在新生代的gc，major GC是運(yùn)行在年老代的GC，比minor慢十倍。
大對象很有可能直接進(jìn)入年老代，程序中盡量避免短命大對象(數(shù)組、列表)。
一次minor沒被收集，從eden進(jìn)入survivor，每過一次GC,survivor加一歲，直到N歲進(jìn)入年老區(qū)。
根據(jù)GC的工作原理，我們可以通過一些技巧和方式，讓GC運(yùn)行更加有效率，更加符合應(yīng)用程序的要求。一些關(guān)于程序設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議：
1)最基本的建議就是盡早釋放無用對象的引用。大多數(shù)程序員在使用臨時(shí)變量的時(shí)候，都是讓引用變量在退出活動域(scope)后，自動設(shè)置為 null.我們在使用這種方式時(shí)候，必須特別注意一些復(fù)雜的對象圖，例如數(shù)組，隊(duì)列，樹，圖等，這些對象之間有相互引用關(guān)系較為復(fù)雜。對于這類對象，GC 回收它們一般效率較低。如果程序允許，盡早將不用的引用對象賦為null，這樣可以加速GC的工作。
2)盡量少用finalize函數(shù)。finalize函數(shù)是Java提供給程序員一個釋放對象或資源的機(jī)會。但是，它會加大GC的工作量，因此盡量少采用finalize方式回收資源。
3)如果需要使用經(jīng)常使用的圖片，可以使用soft應(yīng)用類型。它可以盡可能將圖片保存在內(nèi)存中，供程序調(diào)用，而不引起OutOfMemory.
4)注意集合數(shù)據(jù)類型，包括數(shù)組，樹，圖，鏈表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對GC來說，回收更為復(fù)雜。另外，注意一些全局的變量，以及一些靜態(tài)變量。這些變量往往容易引起懸掛對象(dangling reference)，造成內(nèi)存浪費(fèi)。
5)當(dāng)程序有一定的等待時(shí)間，程序員可以手動執(zhí)行System.gc()，通知GC運(yùn)行，但是Java語言規(guī)范并不保證GC一定會執(zhí)行。使用增量式GC可以縮短Java程序的暫停時(shí)間。
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