Java内存模型概述

Java内存模型概述

Java内存模型（JMM）定义了Java程序中多线程环境下变量的访问规则，确保线程间的数据可见性和有序性。JMM通过主内存和线程工作内存的抽象概念实现，每个线程操作的数据副本存储在工作内存中，最终同步到主内存。

JMM的核心特性包括：

• 原子性：基本数据类型的读写操作是原子的。
• 可见性：volatile关键字确保变量的修改对所有线程立即可见。
• 有序性：通过happens-before规则防止指令重排序。

// 示例：volatile保证可见性
public class SharedObject {
    private volatile int counter = 0;
    public void increment() { counter++; }
}

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JVM内存区域划分

JVM内存分为以下几个主要区域：

• 堆（Heap）：存储对象实例，是垃圾回收的主要区域。
• 方法区（Method Area）：存储类信息、常量、静态变量。
• 虚拟机栈（VM Stack）：线程私有，存储局部变量和方法调用栈帧。
• 本地方法栈（Native Method Stack）：为Native方法服务。
• 程序计数器（PC Register）：记录当前线程执行的位置。

堆内存结构：

• 新生代（Young Generation）：包含Eden区和两个Survivor区（S0/S1）。
• 老年代（Old Generation）：长期存活的对象晋升至此。

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垃圾回收算法

1. 标记-清除（Mark-Sweep）
   分为标记阶段（识别存活对象）和清除阶段（回收未标记对象）。缺点：产生内存碎片。

2. 复制算法（Copying）
   将存活对象从Eden区复制到Survivor区。适合新生代回收，如Serial、ParNew收集器。

3. 标记-整理（Mark-Compact）
   标记后移动存活对象到内存一端，消除碎片。CMS收集器在老年代使用此算法。

4. 分代收集（Generational）
   结合前三种算法，针对不同代采用最优策略。

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垃圾回收器类型

1. Serial收集器
   单线程执行GC，简单高效，适用于客户端应用。

2. Parallel Scavenge收集器
   多线程并行回收，注重吞吐量，适合后台计算任务。

3. CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器
   以最短停顿时间为目标，分为初始标记、并发标记、重新标记、并发清除四阶段。

4. G1（Garbage-First）收集器
   将堆划分为多个Region，优先回收垃圾最多的区域，平衡吞吐量与延迟。

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内存泄漏与调优

常见内存泄漏场景：

• 静态集合持有对象引用。
• 未关闭的InputStream或数据库连接。
• 监听器未注销。

调优参数示例：

• -Xms和-Xmx：设置堆初始和最大值。
• -XX:NewRatio：调整新生代与老年代比例。
• -XX:+UseG1GC：启用G1收集器。

# 示例：启动参数
java -Xms512m -Xmx1024m -XX:+UseG1GC MainClass

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监控工具与实战

1. jstat
   监控堆内存和GC情况：

   jstat -gcutil <pid> 1000
   

2. VisualVM
   图形化分析堆转储（Heap Dump），识别内存占用对象。

3. MAT（Memory Analyzer Tool）
   分析内存泄漏，生成对象引用链报告。