在Java中，它的內(nèi)存管理包括兩方面：內(nèi)存分配（創(chuàng)建Java對(duì)象的時(shí)候）和內(nèi)存回收，這兩方面工作都是由JVM自動(dòng)完成的，降低了Java程序員的學(xué)習(xí)難度，避免了像C/C++直接操作內(nèi)存的危險(xiǎn)。但是，也正因?yàn)閮?nèi)存管理完全由JVM負(fù)責(zé)，所以也使Java很多程序員不再關(guān)心內(nèi)存分配，導(dǎo)致很多程序低效，耗內(nèi)存。因此就有了Java程序員到最后應(yīng)該去了解JVM，才能寫(xiě)出更高效，充分利用有限的內(nèi)存的程序。

1.Java在內(nèi)存中的狀態(tài)

首先我們先寫(xiě)一個(gè)代碼為例子：

Person.java

package test;  
 import java.io.Serializable;  
 public class Person implements Serializable {  
     static final long serialVersionUID = 1L;  
     String name; // 姓名  
     Person friend;    //朋友  
     public Person() {}   
     public Person(String name) {  
         super();  
         this.name = name;  
     }  
 } 

Test.java

package test;  
   
 public class Test{  
    
     public static void main(String[] args) {  
         Person p1 = new Person("Kevin");  
         Person p2 = new Person("Rain");  
         Person p3 = new Person("Sunny");  
            
         p1.friend = p2;  
         p3 = p2;  
         p2 = null;  
     }  
 } 

把上面Test.java中main方面里面的對(duì)象引用畫(huà)成一個(gè)從main方法開(kāi)始的對(duì)象引用圖的話(huà)就是這樣的（頂點(diǎn)是對(duì)象和引用，有向邊是引用關(guān)系）：

當(dāng)程序運(yùn)行起來(lái)之后，把它在內(nèi)存中的狀態(tài)看成是有向圖后，可以分為三種：

1）可達(dá)狀態(tài)：在一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建后，有一個(gè)以上的引用變量引用它。在有向圖中可以從起始頂點(diǎn)導(dǎo)航到該對(duì)象，那它就處于可達(dá)狀態(tài)。

2）可恢復(fù)狀態(tài)：如果程序中某個(gè)對(duì)象不再有任何的引用變量引用它，它將先進(jìn)入可恢復(fù)狀態(tài)，此時(shí)從有向圖的起始頂點(diǎn)不能再導(dǎo)航到該對(duì)象。在這個(gè)狀態(tài)下，系統(tǒng)的垃圾回收機(jī)制準(zhǔn)備回收該對(duì)象的所占用的內(nèi)存，在回收之前，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用finalize()方法進(jìn)行資源清理，如果資源整理后重新讓一個(gè)以上引用變量引用該對(duì)象，則這個(gè)對(duì)象會(huì)再次變?yōu)榭蛇_(dá)狀態(tài)；否則就會(huì)進(jìn)入不可達(dá)狀態(tài)。

3）不可達(dá)狀態(tài)：當(dāng)對(duì)象的所有關(guān)聯(lián)都被切斷，且系統(tǒng)調(diào)用finalize()方法進(jìn)行資源清理后依舊沒(méi)有使該對(duì)象變?yōu)榭蛇_(dá)狀態(tài)，則這個(gè)對(duì)象將永久性失去引用并且變成不可達(dá)狀態(tài)，系統(tǒng)才會(huì)真正的去回收該對(duì)象所占用的資源。

上述三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換圖如下：

2.Java對(duì)對(duì)象的4種引用

1）強(qiáng)引用 ：創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象并把這個(gè)對(duì)象直接賦給一個(gè)變量，eg ：Person person = new Person(“sunny”); 不管系統(tǒng)資源有么的緊張，強(qiáng)引用的對(duì)象都絕對(duì)不會(huì)被回收，即使他以后不會(huì)再用到。

2）軟引用 ：通過(guò)SoftReference類(lèi)實(shí)現(xiàn)，eg : SoftReference<Person> p = new SoftReference<Person>(new Person(“Rain”));,內(nèi)存非常緊張的時(shí)候會(huì)被回收，其他時(shí)候不會(huì)被回收，所以在使用之前要判斷是否為null從而判斷他是否已經(jīng)被回收了。

3）弱引用 ：通過(guò)WeakReference類(lèi)實(shí)現(xiàn)，eg : WeakReference<Person> p = new WeakReference<Person>(new Person(“Rain”));不管內(nèi)存是否足夠，系統(tǒng)垃圾回收時(shí)必定會(huì)回收。

4）虛引用 ：不能單獨(dú)使用，主要是用于追蹤對(duì)象被垃圾回收的狀態(tài)。通過(guò)PhantomReference類(lèi)和引用隊(duì)列ReferenceQueue類(lèi)聯(lián)合使用實(shí)現(xiàn)，eg ：

package test;  
    
 import java.lang.ref.PhantomReference;  
 import java.lang.ref.ReferenceQueue;  
    
    
 public class Test{  
    
     public static void main(String[] args) {  
         //創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象  
         Person person = new Person("Sunny");      
         //創(chuàng)建一個(gè)引用隊(duì)列      
         ReferenceQueue<Person> rq = new ReferenceQueue<Person>();  
         //創(chuàng)建一個(gè)虛引用，讓此虛引用引用到person對(duì)象  
         PhantomReference<Person> pr = new PhantomReference<Person>(person, rq);  
         //切斷person引用變量和對(duì)象的引用  
         person = null;  
         //試圖取出虛引用所引用的對(duì)象  
         //發(fā)現(xiàn)程序并不能通過(guò)虛引用訪問(wèn)被引用對(duì)象，所以此處輸出為null  
         System.out.println(pr.get());  
         //強(qiáng)制垃圾回收  
         System.gc();  
         System.runFinalization();  
         //因?yàn)橐坏┨撘弥械膶?duì)象被回收后，該虛引用就會(huì)進(jìn)入引用隊(duì)列中  
         //所以用隊(duì)列中最先進(jìn)入隊(duì)列中引用與pr進(jìn)行比較，輸出true  
         System.out.println(rq.poll() == pr);  
     }  
 } 

運(yùn)行結(jié)果：

#p#

3.Java垃圾回收機(jī)制

其實(shí)Java垃圾回收主要做的是兩件事：1）內(nèi)存回收 2）碎片整理

3.1垃圾回收算法

1）串行回收（只用一個(gè)CPU）和并行回收（多個(gè)CPU才有用）：串行回收是不管系統(tǒng)有多少個(gè)CPU，始終只用一個(gè)CPU來(lái)執(zhí)行垃圾回收操作，而并行回收就是把整個(gè)回收工作拆分成多個(gè)部分，每個(gè)部分由一個(gè)CPU負(fù)責(zé)，從而讓多個(gè)CPU并行回收。并行回收的執(zhí)行效率很高，但復(fù)雜度增加，另外也有一些副作用，如內(nèi)存隨便增加。

2）并發(fā)執(zhí)行和應(yīng)用程序停止 ：應(yīng)用程序停止（Stop-the-world）顧名思義，其垃圾回收方式在執(zhí)行垃圾回收的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序的暫停。并發(fā)執(zhí)行的垃圾回收雖然不會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序的暫停，但由于并發(fā)執(zhí)行垃圾需要解決和應(yīng)用程序的執(zhí)行沖突（應(yīng)用程序可能在垃圾回收的過(guò)程修改對(duì)象），因此并發(fā)執(zhí)行垃圾回收的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)比Stop-the-world高，而且執(zhí)行時(shí)需要更多的堆內(nèi)存。

3）壓縮和不壓縮和復(fù)制 ：

①支持壓縮的垃圾回收器（標(biāo)記-壓縮 = 標(biāo)記清除+壓縮）會(huì)把所有的可達(dá)對(duì)象搬遷到一起，然后將之前占用的內(nèi)存全部回收，減少了內(nèi)存碎片。

②不壓縮的垃圾回收器（標(biāo)記-清除）要遍歷兩次，第一次先從跟開(kāi)始訪問(wèn)所有可達(dá)對(duì)象，并將他們標(biāo)記為可達(dá)狀態(tài)，第二次便利整個(gè)內(nèi)存區(qū)域，對(duì)未標(biāo)記可達(dá)狀態(tài)的對(duì)象進(jìn)行回收處理。這種回收方式不壓縮，不需要額外內(nèi)存，但要兩次遍歷，會(huì)產(chǎn)生碎片

③復(fù)制式的垃圾回收器：將堆內(nèi)存分成兩個(gè)相同空間，從根（類(lèi)似于前面的有向圖起始頂點(diǎn)）開(kāi)始訪問(wèn)每一個(gè)關(guān)聯(lián)的可達(dá)對(duì)象，將空間A的全部可達(dá)對(duì)象復(fù)制到空間B，然后一次性回收空間A。對(duì)于該算法而言，因?yàn)橹恍柙L問(wèn)所有的可達(dá)對(duì)象，將所有的可達(dá)對(duì)象復(fù)制走之后就直接回收整個(gè)空間，完全不用理會(huì)不可達(dá)對(duì)象，所以遍歷空間的成本較小，但需要巨大的復(fù)制成本和較多的內(nèi)存。

3.2堆內(nèi)存的分代回收

1）分代回收的依據(jù)：

①對(duì)象生存時(shí)間的長(zhǎng)短：大部分對(duì)象在Young期間就被回收

②不同代采取不同的垃圾回收策略：新（生存時(shí)間短）老（生存時(shí)間長(zhǎng)）對(duì)象之間很少存在引用

2) 堆內(nèi)存的分代：

①Young代 ：

Ⅰ回收機(jī)制 ：因?yàn)閷?duì)象數(shù)量少，所以采用復(fù)制回收。

Ⅱ組成區(qū)域 ：由1個(gè)Eden區(qū)和2個(gè)Survivor區(qū)構(gòu)成，同一時(shí)間的兩個(gè)Survivor區(qū)，一個(gè)用來(lái)保存對(duì)象，另一個(gè)是空的；每次進(jìn)行Young代垃圾回收的時(shí)候，就把Eden，F(xiàn)rom中的可達(dá)對(duì)象復(fù)制到To區(qū)域中，一些生存時(shí)間長(zhǎng)的就復(fù)制到了老年代，接著清除Eden，F(xiàn)rom空間，最后原來(lái)的To空間變?yōu)镕rom空間，原來(lái)的From空間變?yōu)門(mén)o空間。

Ⅲ對(duì)象來(lái)源 ：絕大多數(shù)對(duì)象先分配到Eden區(qū)，一些大的對(duì)象會(huì)直接被分配到Old代中。

Ⅳ回收頻率 ：因?yàn)閅oung代對(duì)象大部分很快進(jìn)入不可達(dá)狀態(tài)，因此回收頻率高且回收速度快

②Old代 ：

Ⅰ回收機(jī)制 ：采用標(biāo)記壓縮算法回收。

Ⅱ?qū)ο髞?lái)源 ：1.對(duì)象大直接進(jìn)入老年代。

2.Young代中生存時(shí)間長(zhǎng)的可達(dá)對(duì)象

Ⅲ回收頻率 ：因?yàn)楹苌賹?duì)象會(huì)死掉，所以執(zhí)行頻率不高，而且需要較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)完成。

③Permanent代 ：

Ⅰ用途 ：用來(lái)裝載Class，方法等信息，默認(rèn)為64M，不會(huì)被回收

Ⅱ?qū)ο髞?lái)源 ：eg：對(duì)于像Hibernate，Spring這類(lèi)喜歡AOP動(dòng)態(tài)生成類(lèi)的框架，往往會(huì)生成大量的動(dòng)態(tài)代理類(lèi)，因此需要更多的Permanent代內(nèi)存。所以我們經(jīng)常在調(diào)試Hibernate，Spring的時(shí)候經(jīng)常遇到j(luò)ava.lang.OutOfMemoryError:PermGen space的錯(cuò)誤，這就是Permanent代內(nèi)存耗盡所導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

Ⅲ回收頻率 ：不會(huì)被回收

3.3常見(jiàn)的垃圾回收器

1）串行回收器（只使用一個(gè)CPU）：Young代采用串行復(fù)制算法；Old代使用串行標(biāo)記壓縮算法（三個(gè)階段：標(biāo)記mark—清除sweep—壓縮compact），回收期間程序會(huì)產(chǎn)生暫停，

2）并行回收器：對(duì)Young代采用的算法和串行回收器一樣，只是增加了多CPU并行處理； 對(duì)Old代的處理和串行回收器完全一樣，依舊是單線(xiàn)程。

3）并行壓縮回收器：對(duì)Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；只是對(duì)Old代采用了不同的算法，其實(shí)就是劃分不同的區(qū)域，然后進(jìn)行標(biāo)記壓縮算法：

① 將Old代劃分成幾個(gè)固定區(qū)域；

② mark階段（多線(xiàn)程并行），標(biāo)記可達(dá)對(duì)象；

③ summary階段（串行執(zhí)行），從最左邊開(kāi)始檢驗(yàn)知道找到某個(gè)達(dá)到數(shù)值（可達(dá)對(duì)象密度小）的區(qū)域時(shí)，此區(qū)域及其右邊區(qū)域進(jìn)行壓縮回收，其左端為密集區(qū)域

④ compact階段（多線(xiàn)程并行），識(shí)別出需要裝填的區(qū)域，多線(xiàn)程并行的把數(shù)據(jù)復(fù)制到這些區(qū)域中。經(jīng)此過(guò)程后，Old代一端密集存在大量活動(dòng)對(duì)象，另一端則存在大塊空間。

4）并發(fā)標(biāo)識(shí)—清理回收（CMS）：對(duì)Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；只是對(duì)Old代采用了不同的算法，但歸根待地還是標(biāo)記清理算法：

① 初始標(biāo)識(shí)（程序暫停）：標(biāo)記被直接引用的對(duì)象(一級(jí)對(duì)象)；

② 并發(fā)標(biāo)識(shí)（程序運(yùn)行）：通過(guò)一級(jí)對(duì)象尋找其他可達(dá)對(duì)象；

③ 再標(biāo)記（程序暫停）：多線(xiàn)程并行的重新標(biāo)記之前可能因?yàn)椴l(fā)而漏掉的對(duì)象（簡(jiǎn)單的說(shuō)就是防遺漏）

④ 并發(fā)清理（程序運(yùn)行）

4.內(nèi)存管理小技巧

1）盡量使用直接量，eg：String javaStr = “小學(xué)徒的成長(zhǎng)歷程”;

2）使用StringBuilder和StringBuffer進(jìn)行字符串連接等操作;

3）盡早釋放無(wú)用對(duì)象;

4）盡量少使用靜態(tài)變量;

5）緩存常用的對(duì)象:可以使用開(kāi)源的開(kāi)源緩存實(shí)現(xiàn)，eg：OSCache，Ehcache;

6）盡量不使用finalize()方法;

7）在必要的時(shí)候可以考慮使用軟引用SoftReference。

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