java發(fā)展歷史上出現(xiàn)過很多垃圾回收器，各有各的適應(yīng)場景，不僅僅是開發(fā)，作為運(yùn)維也需要對這方面有一定的掌握，今天簡單介紹一下java的內(nèi)存布局以及各種垃圾回收器的原理。

JVM內(nèi)存布局

JVM從概念上大致分為6個(邏輯)區(qū)域：

這6塊區(qū)域按是否被線程共享，可以分為兩大類：

一類是每個線程所獨(dú)享的：

• PC Register：也稱為程序計數(shù)器， 記錄每個線程當(dāng)前執(zhí)行的指令信。eg：當(dāng)前執(zhí)行到哪一條指令，下一條該取哪條指令。
• JVM Stack：也稱為虛擬機(jī)棧，記錄每個棧幀(Frame)中的局部變量、方法返回地址等。
• Native Method Stack：本地(原生)方法棧，顧名思義就是調(diào)用操作系統(tǒng)原生本地方法時，所需要的內(nèi)存區(qū)域。

上述3類區(qū)域，生命周期與Thread相同，即：線程創(chuàng)建時，相應(yīng)的區(qū)域分配內(nèi)存，線程銷毀時，釋放相應(yīng)內(nèi)存。

另一類是所有線程共享的：

• Heap：即鼎鼎大名的堆內(nèi)存區(qū)，也是GC垃圾回收的主站場，用于存放類的實例對象及Arrays實例等。
• Method Area：方法區(qū)，主要存放類結(jié)構(gòu)、類成員定義，static靜態(tài)成員等。
• Runtime Constant Pool：運(yùn)行時常量池，比如：字符串，int -128~127范圍的值等，它是Method Area中的一部分。

Heap、Method Area 都是在虛擬機(jī)啟動時創(chuàng)建，虛擬機(jī)退出時釋放。

總之，程序運(yùn)行時，內(nèi)存中的信息大致分為兩類，一是跟程序執(zhí)行邏輯相關(guān)的指令數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)通常不大，而且生命周期短;一是跟對象實例相關(guān)的數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)可能會很大，而且可以被多個線程長時間內(nèi)反復(fù)共用，比如字符串常量、緩存對象這類。

將這兩類特點(diǎn)不同的數(shù)據(jù)分開管理，體現(xiàn)了軟件設(shè)計上“模塊隔離”的思想。好比我們通常會把后端service與前端website解耦類似，也更便于內(nèi)存管理。

GC垃圾回收原理

1. 哪些內(nèi)存區(qū)域需要GC ?

thread獨(dú)享的區(qū)域：PC Regiester、JVM Stack、Native Method Stack，其生命周期都與線程相同(即：與線程共生死)，所以無需GC。線程共享的Heap區(qū)、Method Area則是GC關(guān)注的重點(diǎn)對象。

2. 常用的GC算法

(1) mark-sweep 標(biāo)記清除法

如上圖，黑色區(qū)域表示待清理的垃圾對象，標(biāo)記出來后直接清空。該方法簡單快速，但是缺點(diǎn)也很明顯，會產(chǎn)生很多內(nèi)存碎片。

(2) mark-copy 標(biāo)記復(fù)制法

思路也很簡單，將內(nèi)存對半分，總是保留一塊空著(上圖中的右側(cè))，將左側(cè)存活的對象(淺灰色區(qū)域)復(fù)制到右側(cè)，然后左側(cè)全部清空。避免了內(nèi)存碎片問題，但是內(nèi)存浪費(fèi)很嚴(yán)重，相當(dāng)于只能使用50%的內(nèi)存。

(3) mark-compact 標(biāo)記-整理(也稱標(biāo)記-壓縮)法

避免了上述兩種算法的缺點(diǎn)，將垃圾對象清理掉后，同時將剩下的存活對象進(jìn)行整理挪動(類似于windows的磁盤碎片整理)，保證它們占用的空間連續(xù)，這樣就避免了內(nèi)存碎片問題，但是整理過程也會降低GC的效率。

(4) generation-collect 分代收集算法

上述三種算法，每種都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，都不完美。在現(xiàn)代JVM中，往往是綜合使用的，經(jīng)過大量實際分析，發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中的對象，大致可以分為兩類：有些生命周期很短，比如一些局部變量/臨時對象，而另一些則會存活很久，典型的比如websocket長連接中的connection對象，如下圖：

縱向y軸可以理解分配內(nèi)存的字節(jié)數(shù)，橫向x軸理解為隨著時間流逝(伴隨著GC)，可以發(fā)現(xiàn)大部分對象其實相當(dāng)短命，很少有對象能在GC后活下來。因此誕生了分代的思想，以Hotspot為例(JDK 7)：

將內(nèi)存分成了三大塊：年青代(Young Genaration)，老年代(Old Generation),永久代(Permanent Generation)，其中Young Genaration更是又細(xì)為分eden，S0，S1三個區(qū)。

結(jié)合我們經(jīng)常使用的一些jvm調(diào)優(yōu)參數(shù)后，一些參數(shù)能影響的各區(qū)域內(nèi)存大小值，示意圖如下：

GC主要過程

下圖引自阿里出品的《碼出高效-Java開發(fā)手冊》一書，梳理了GC的主要過程。