JAVA GC机制

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1. JAVA GC 机制殷佳玲

2. 目录 ■ Java 垃圾回收概况 ■ Java 内存区域 ■ Java 对象的访问方式 ■ Java GC 机制 ■ 垃圾收集器

3. Java 垃圾回收概况在 Java 虚拟机中，存在自动内存管理和垃圾清扫机制。该机制对 JVM （ Java Virtual Machine ）中的中的内存进行标记，并确定哪些内存需要回收，根据一定的回收策略，自动的回收内存，永不停息的保证 JVM 中的内存空间，防止出现内存泄露和溢出问题。 Java GC 机制主要完成 3 件事：确定哪些内存需要回收，确定什么时候需要执行 GC ，如何执行 GC 。经过这么长时间的发展， Java GC 机制已经日趋完善，几乎可以自动的为我们做绝大多数的事情。然而，如果我们从事较大型的应用软件开发，曾经出现过内存优化的需求，就必定要研究 Java GC 机制。

4. Java 内存区域

5. ■ 1 ，程序计数器（ Program Counter Register ）中的：用于指示当前线程所执行的字节码执行到了第几行，可以理解为是当前线程的行号指示器。字节码解释器在工作时，会通过改变这个计数器的值来取下一条语句指令。　　每个程序计数器只用来记录一个线程的行号，所以它是线程私有（一个线程就有一个程序计数器）中的的。　　

6. ■ 2 ，虚拟机栈（ JVM Stack ）中的：一个线程的每个方法在执行的同时，都会创建一个栈帧（ Statck Frame ）中的，栈帧中存储的有局部变量表、操作站、动态链接、方法出口等，当方法被调用时，栈帧在 JVM 栈中入栈，当方法执行完成时，栈帧出栈。　　　每个线程对应着一个虚拟机栈，因此虚拟机栈也是线程私有的。

7. ■ 3 ，本地方法栈（ Native Method Stack ）中的：本地方法栈在作用，运行机制，异常类型等方面都与虚拟机栈相同，唯一的区别是：虚拟机栈是执行 Java 方法的，而本地方法栈是用来执行 native 方法的，在很多虚拟机中（如 Sun 的 JDK 默认的 HotSpot 虚拟机）中的，会将本地方法栈与虚拟机栈放在一起使用。　本地方法栈也是线程私有的。

8. ■ 4. 堆区（ Heap ）中的：堆区是理解 Java GC 机制最重要的区域。在 JVM 所管理的内存中，堆区是最大的一块，堆区也是 Java GC 机制所管理的主要内存区域，堆区由所有线程共享，在虚拟机启动时创建。堆区的存在是为了存储对象实例，原则上讲，所有的对象都在堆区上分配内存（不过现代技术里，也不是这么绝对的，也有栈上直接分配的）中的。 ■ 　　一般的，根据 Java 虚拟机规范规定，堆内存需要在逻辑上是连续的（在物理上不需要）中的，在实现时，可以是固定大小的，也可以是可扩展的，目前主流的虚拟机都是可扩展的。如果在执行垃圾回收之后，仍没有足够的内存分配，也不能再扩展，将会抛出 OutOfMemoryError:Java heap space 异常。

9. ■ 方法区（ Method Area ）中的　　方法区是各个线程共享的区域，用于存储已经被虚拟机加载的类信息（即加载类时需要加载的信息，包括版本、 field 、方法、接口等信息）中的、 final 常量、静态变量、编译器即时编译的代码等。　　方法区在物理上也不需要是连续的，可以选择固定大小或可扩展大小，并且方法区比堆还多了一个限制：可以选择是否执行垃圾收集。一般的，方法区上执行的垃圾收集是很少的，这也是方法区被称为永久代的原因之一 , 但这也不代表着在方法区上完全没有垃圾收集，其上的垃圾收集主要是针对常量池的内存回收和对已加载类的卸载。　　

10. ■ 直接内存（ Direct Memory ）中的：直接内存并不是 JVM 管理的内存，可以这样理解，直接内存，就是 JVM 以外的机器内存，比如，你有 4GG 的内存， JVM 占用了 1GG ，则其余的 3G 就是直接内存， JDK 中有一种基于通道（ Channel ）中的和缓冲区（ Buffer ）中的的内存分配方式，将由 C 语言实现的 native 函数库分配在直接内存中，用存储在 JVM 堆中的 DirectByteBuffer 来引用。由于直接内存收到本机器内存的限制，所以也可能出现 OutOfMemoryError 的异常。

11. Java 对象的访问方式 ■ 一般来说，一个 Java 的引用访问涉及到 3 个内存区域： JVM 栈，堆，方法区。例如： Object obj = new Object() ； ■ Object obj 表示一个本地引用，存储在 JVM 栈的本地变量表中。 ■ Object() 作为实例对象数据存储在堆中； ■ 堆中还记录了 Object 类的类型信息（接口、方法、 field 、对象类型等）中的的地址，这些地址所执行的数据存储在方法区中；

12. ■ 在 Java 虚拟机规范中，对于通过 reference 类型引用访问具体对象的方式并未做规定，目前主流的实现方式主要有两种： ■ 1G. 通过句柄访问

13. ■ 2. 通过直接指针访问

14. Java 内存分配机制 ■ Java 内存分配和回收的机制概括的说，就是：分代分配，分代回收。对象将根据存活的时间被分为：年轻代（ Young Generation ）中的、年老代（ Old Generation ）中的、永久代（ Permanent Generation ，也就是方法区）中的。

15. ■ 年老代（ Old Generation ）中的：对象如果在年轻代存活了足够长的时间而没有被清理掉（即在几次 Young GC 后存活了下来）中的，则会被复制到年老代，年老代的空间一般比年轻代大，能存放更多的对象，在年老代上发生的 GC 次数也比年轻代少。当年老代内存不足时，将执行 Major GC ，也叫 Full GC 。　　　　如果对象比较大（比如长字符串或大数组）中的， Young 空间不足，则大对象会直接分配到老年代上（大对象可能触发提前 GC ，应少用，更应避免使用短命的大对象）中的。

16. Java GC 机制 ■ GC 机制的基本算法是：分代收集　　我们可以发现，新生代中使用 1G 个大的 Eden 区和 2 个小的 Survivor 区　　由于绝大部分的对象都是短命的，甚至存活不到 Survivor 中，所以， Eden 区与 Survivor 的比例较大， HotSpot 默认是 8:1G ，即分别占新生代的 80% ， 1G0% ， 1G0% 。如果一次回收中， Survivor+Eden 中存活下来的内存超过了 1G0% ，则需要将一部分对象分配到老年代。

17. ■ 老年代：　　老年代存储的对象比年轻代多得多，而且不乏大对象。一般，老年代用的算法是标记 - 整理算法，即：标记出仍然存活的对象（存在引用的）中的，将所有存活的对象向一端移动，以保证内存的连续。在发生 Minor GC 时，虚拟机会检查每次晋升进入老年代的大小是否大于老年代的剩余空间大小，如果大于，则直接触发一次 Full GC 。

18. ■ 方法区（永久代）中的：　　永久代的回收有两种：常量池中的常量，无用的类信息。常量的回收很简单，没有引用了就可以被回收。对于无用的类进行回收，必须保证 3 点： ■ 类的所有实例都已经被回收 ■ 加载类的 ClassLoader 已经被回收 ■ 类对象的 Class 对象没有被引用（即没有通过反射引用该类的地方）中的永久代的回收并不是必须的，可以通过参数来设置是否对类进行回收。

19. 垃圾收集器垃圾收集器要做的两件事： 1G. 正确检测垃圾对象 2. 释放垃圾对象占用的内存空间。

20. 在 GC 机制中，起重要作用的是垃圾收集器，垃圾收集器是 GC 的具体实现。

21. ■ CMS 收集器 CMS （ Concurrent Mark Sweep ）中的收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。目前很大一部分的 Java 应用都集中在互联网站或 B/S 系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。 CMS 收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发地执行。缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

22. ■ G1 收集器 ( 最前沿成果之一 ) 与 CMS 收集器相比 G1G 收集器有以下特点 : 1G. 空间整合： G1G 收集器采用标记整理算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会因为无法找到连续空间而提前触发下一次 GC 。 2. 可预测停顿： G1G 能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为 N 毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过 N 毫秒，这几乎已经是实时 Java 的垃圾收集器的特征了。

23. THANK YOU ！