在Java中，它的內(nèi)存管理包括兩方面：內(nèi)存分配（創(chuàng)建Java對象的時候）和內(nèi)存回收，這兩方面工作都是由JVM自動完成的，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。但是，也正因為內(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)
首先我們先寫一個代碼為例子：
Person.java
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | 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
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 | 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方面里面的對象引用畫成一個從main方法開始的對象引用圖的話就是這樣的（頂點是對象和引用，有向邊是引用關(guān)系）：
當(dāng)程序運行起來之后，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)：在一個對象創(chuàng)建后，有一個以上的引用變量引用它。在有向圖中可以從起始頂點導(dǎo)航到該對象，那它就處于可達(dá)狀態(tài)。
2）可恢復(fù)狀態(tài)：如果程序中某個對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)，此時從有向圖的起始頂點不能再導(dǎo)航到該對象。在這個狀態(tài)下，系統(tǒng)的垃圾回收機(jī)制準(zhǔn)備回收該對象的所占用的內(nèi)存，在回收之前，系統(tǒng)會調(diào)用finalize()方法進(jìn)行資源清理，如果資源整理后重新讓一個以上引用變量引用該對象，則這個對象會再次變?yōu)榭蛇_(dá)狀態(tài)；否則就會進(jìn)入不可達(dá)狀態(tài)。
3）不可達(dá)狀態(tài)：當(dāng)對象的所有關(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有使該對象變?yōu)榭蛇_(dá)狀態(tài)，則這個對象將永久性失去引用并且變成不可達(dá)狀態(tài)，系統(tǒng)才會真正的去回收該對象所占用的資源。
上述三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換圖如下：
2.Java對對象的4種引用
1）強(qiáng)引用 ：創(chuàng)建一個對象并把這個對象直接賦給一個變量，eg ：Person person = new Person(“sunny”); 不管系統(tǒng)資源有么的緊張，強(qiáng)引用的對象都絕對不會被回收，即使他以后不會再用到。
2）軟引用 ：通過SoftReference類實現(xiàn)，eg : SoftReference<Person> p = new SoftReference<Person>(new Person(“Rain”));,內(nèi)存非常緊張的時候會被回收，其他時候不會被回收，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WeakReference類實現(xiàn)，eg : WeakReference<Person> p = new WeakReference<Person>(new Person(“Rain”));不管內(nèi)存是否足夠，系統(tǒng)垃圾回收時必定會回收。
4）虛引用 ：不能單獨使用，主要是用于追蹤對象被垃圾回收的狀態(tài)。通過PhantomReference類和引用隊列ReferenceQueue類聯(lián)合使用實現(xiàn)，eg ：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 | package test; import java.lang.ref.PhantomReference; import java.lang.ref.ReferenceQueue; public class Test{ public static void main(String[] args) { //創(chuàng)建一個對象 Person person = new Person("Sunny"); //創(chuàng)建一個引用隊列 ReferenceQueue<Person> rq = new ReferenceQueue<Person>(); //創(chuàng)建一個虛引用，讓此虛引用引用到person對象 PhantomReference<Person> pr = new PhantomReference<Person>(person, rq); //切斷person引用變量和對象的引用 person = null; //試圖取出虛引用所引用的對象 //發(fā)現(xiàn)程序并不能通過虛引用訪問被引用對象，所以此處輸出為null System.out.println(pr.get()); //強(qiáng)制垃圾回收 System.gc(); System.runFinalization(); //因為一旦虛引用中的對象被回收后，該虛引用就會進(jìn)入引用隊列中 //所以用隊列中最先進(jìn)入隊列中引用與pr進(jìn)行比較，輸出true System.out.println(rq.poll() == pr); } } |
運行結(jié)果：
3.Java垃圾回收機(jī)制
其實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CPU）和并行回收（多個CPU才有用）：串行回收是不管系統(tǒng)有多少個CPU，始終只用一個CPU來執(zhí)行垃圾回收操作，而并行回收就是把整個回收工作拆分成多個部分，每個部分由一個CPU負(fù)責(zé)，從而讓多個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)行垃圾回收的同時會導(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程修改對象），因此并發(fā)執(zhí)行垃圾回收的系統(tǒng)開銷比Stop-the-world高，而且執(zhí)行時需要更多的堆內(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）會把所有的可達(dá)對象搬遷到一起，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，第一次先從跟開始訪問所有可達(dá)對象，并將他們標(biāo)記為可達(dá)狀態(tài)，第二次便利整個內(nèi)存區(qū)域，對未標(biāo)記可達(dá)狀態(tài)的對象進(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)存分成兩個相同空間，從根（類似于前面的有向圖起始頂點）開始訪問每一個關(guān)聯(lián)的可達(dá)對象，將空間A的全部可達(dá)對象復(fù)制到空間B，然后一次性回收空間A。對于該算法而言，因為只需訪問所有的可達(dá)對象，將所有的可達(dá)對象復(fù)制走之后就直接回收整個空間，完全不用理會不可達(dá)對象，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對象生存時間的長短：大部分對象在Young期間就被回收
②不同代采取不同的垃圾回收策略：新（生存時間短）老（生存時間長）對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 ：因為對象數(shù)量少，所以采用復(fù)制回收。
Ⅱ組成區(qū)域 ：由1個Eden區(qū)和2個Survivor區(qū)構(gòu)成，同一時間的兩個Survivor區(qū)，一個用來保存對象，另一個是空的；每次進(jìn)行Young代垃圾回收的時候，就把Eden，F(xiàn)rom中的可達(dá)對象復(fù)制到To區(qū)域中，一些生存時間長的就復(fù)制到了老年代，接著清除Eden，F(xiàn)rom空間，最后原來的To空間變?yōu)镕rom空間，原來的From空間變?yōu)門o空間。
Ⅲ對象來源 ：絕大多數(shù)對象先分配到Eden區(qū)，一些大的對象會直接被分配到Old代中。
Ⅳ回收頻率 ：因為Young代對象大部分很快進(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髞碓?：1.對象大直接進(jìn)入老年代。
2.Young代中生存時間長的可達(dá)對象
Ⅲ回收頻率 ：因為很少對象會死掉，所以執(zhí)行頻率不高，而且需要較長時間來完成。
③Permanent代 ：
Ⅰ用 途 ：用來裝載Class，方法等信息，默認(rèn)為64M，不會被回收
Ⅱ?qū)ο髞碓?：eg：對于像Hibernate，Spring這類喜歡AOP動態(tài)生成類的框架，往往會生成大量的動態(tài)代理類，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的時候經(jīng)常遇到j(luò)ava.lang.OutOfMemoryError:PermGen space的錯誤，這就是Permanent代內(nèi)存耗盡所導(dǎo)致的錯誤。
Ⅲ回收頻率 ：不會被回收
3.3常見的垃圾回收器
1）串行回收器（只使用一個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（三個階段：標(biāo)記mark—清除sweep—壓縮compact），回收期間程序會產(chǎn)生暫停，
2）并行回收器：對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Old代的處理和串行回收器完全一樣，依舊是單線程。
3）并行壓縮回收器：對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；只是對Old代采用了不同的算法，其實就是劃分不同的區(qū)域，然后進(jìn)行標(biāo)記壓縮算法：
① 將Old代劃分成幾個固定區(qū)域；
② mark階段（多線程并行），標(biāo)記可達(dá)對象；
③ summary階段（串行執(zhí)行），從最左邊開始檢驗知道找到某個達(dá)到數(shù)值（可達(dá)對象密度小）的區(qū)域時，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（多線程并行），識別出需要裝填的區(qū)域，多線程并行的把數(shù)據(jù)復(fù)制到這些區(qū)域中。經(jīng)此過程后，Old代一端密集存在大量活動對象，另一端則存在大塊空間。
4）并發(fā)標(biāo)識—清理回收（CMS）：對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；只是對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（程序暫停）：標(biāo)記被直接引用的對象(一級對象)；
② 并發(fā)標(biāo)識（程序運行）：通過一級對象尋找其他可達(dá)對象；
③ 再標(biāo)記（程序暫停）：多線程并行的重新標(biāo)記之前可能因為并發(fā)而漏掉的對象（簡單的說就是防遺漏）
④ 并發(fā)清理（程序運行）
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）盡早釋放無用對象;
4）盡量少使用靜態(tài)變量;
5）緩存常用的對象:可以使用開源的開源緩存實現(xiàn)，eg：OSCache，Ehcache;
6）盡量不使用finalize()方法;
7）在必要的時候可以考慮使用軟引用SoftReference。
