Java HotSpot虚拟机中的内存管理手册阅读笔记

显示与自动内存管理

内存管理是计算机编程中的一个重要概念，它涉及到跟踪和控制程序使用内存的方式。内存管理可以分为两种主要类型：显式内存管理和自动内存管理。

显式内存管理

在显式内存管理系统中，程序员必须手动分配和释放内存。这通常涉及到使用诸如malloc、free（在C语言中）或new、delete（在C++和Java中）之类的函数。

优点

• 性能优化：程序员可以精确控制内存的分配和释放，这可能在性能关键型应用中提供优势。
• 细粒度控制：允许程序员根据需要定制内存使用策略。

缺点

• 悬挂引用：如果一个对象被释放，但其他部分的代码仍然持有对该对象的引用（指针），则这些引用变为悬挂引用，可能导致未定义行为。
• 空间泄漏：如果内存被分配但没有正确释放，尤其是在长时间运行的程序中，可能会导致内存泄漏，最终耗尽系统资源。

自动内存管理

自动内存管理通常通过垃圾收集器实现，它自动检测并回收不再使用的内存块。

优点

• 安全性：减少了因手动内存管理错误导致的程序崩溃和安全漏洞。
• 简化编程：开发人员不需要担心内存分配和释放，可以减少代码复杂性和开发时间。

缺点

• 性能开销：垃圾收集可能会引入暂停，尤其是在需要进行大规模内存清理时。
• 资源使用：自动内存管理可能会使得程序的总体内存使用量略高，因为它需要维护额外的数据结构来跟踪内存使用情况。

垃圾收集器概念

垃圾收集器是现代编程语言中用于自动内存管理的一种机制，它的主要职责包括：

1. 分配内存：当程序需要新的内存空间时，垃圾收集器负责在堆（heap）中寻找足够大小的未使用内存块并分配给请求的对象。

2. 保持活动对象：确保所有仍在被程序使用的对象（即活动对象或被引用的对象）保留在内存中，防止它们被错误地回收。

3. 回收内存：识别并回收那些不再被程序引用的死对象（即垃圾），释放它们所占用的内存空间供后续分配使用。

垃圾收集的目标和挑战

垃圾收集旨在解决显式内存管理中的一些常见问题，如悬挂引用和内存泄漏。然而，它并非完美无缺，例如，如果程序员持续创建并保持对对象的引用，那么内存仍然会被耗尽。此外，垃圾收集是一个资源密集型的过程，需要在运行时消耗CPU资源，有时还会导致程序暂停（尤其是在进行“停止世界”式的垃圾收集时）。

理想的垃圾收集特性

理想情况下，垃圾收集器应该具备以下特点：

• 安全性：不应错误地回收任何活动的（即仍在使用的）数据。
• 全面性：能够回收所有真正的垃圾对象，避免内存泄漏。
• 效率：具有低开销，不会显著影响程序性能。
• 低延迟：减少应用程序暂停的时间，特别是在交互式或实时系统中尤为重要。
• 减少碎片化：有效管理内存空间，避免因碎片化导致无法分配大块连续内存的问题。
• 可扩展性：能够适应从小型应用到大型系统的需要，同时支持多核处理器和大规模并行处理。

设计选择

在选择或设计垃圾收集算法时，需要考虑多种因素：

• 串行与并行：串行垃圾收集器一次只在一个线程上执行，而并行版本则可以利用多个CPU核心同时进行垃圾收集。
• 并发与停止世界：停止世界的收集器在收集期间完全暂停应用程序，而并发收集器则允许垃圾收集和应用程序同时运行，通常通过短暂的暂停来实现。
• 压缩与非压缩与复制：不同的策略决定了收集器如何处理回收的内存和活动对象。压缩将活动对象移动到一起以消除碎片，而非压缩仅标记空间为可用但不合并，复制则是将活动对象迁移到另一区域，源区域随后可以整块回收。</