java虚拟机、GC学习笔记

近期学习java的垃圾回收机制（GC），遂翻阅了《深入理解java虚拟机》这本书籍，本文相对书中内容进行记录，也算是学习笔记了，由于水平有限，对于本文出现的问题和错误，还望大家即时指出和交流！

一、运行时数据区分类如下图：（图片出自《深入理解java虚拟机》）

1、方法区是各个线程共享的内存区域，主要存储的是java虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码和数据

java虚拟机规范把它描述成堆的一个逻辑部分，但是他有一个别名叫做Non-Heap(非堆)，主要是为了与java堆区分开来。根据java虚拟机规范的规定，当方法区无法满足内存分配需求时将抛出OutOfMemoryError异常。

2、堆是各个线程共享的内存区域，此区域存放的是对象的实例，java堆是垃圾回收机制的主要区域，堆中可分为新生代和老年代，在细致一点的可分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间等，java堆可以处于物理上不连续的空间，只要逻辑上连续就可以了。单堆中没有内存满足实例分配事务，将抛出OutOfMemoryError异常。

3、虚拟机栈是线程私有的，它的生命周期与线程相同，它描述的是java方法执行的内存模型，对这个区域规定了两种异常状况：如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度，将抛出StackOverflowError异常；如果虚拟机栈可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存，就会抛出OutOfMemoryError异常。

4、本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。 在虚拟机规范中对本地方法栈中方法使用的语言、 使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。 甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。 与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛StackOverflowErrorOutOfMemoryError异常。

5、程序计数器是较小的一块内存空间，它是线程私有的，每个线程都会分配一个线程计时器，用来表示当前线程执行的字节码的行号指示器。在多线程中，一个线程执行的时候释放锁，另一个线程执行完，再回来执行前面线程的时候，就是通过程序计时器来获取继续执行的位置

6、运行时常量池是方法区的一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放

二、什么时候需要进行GC？

当jvm无法为新的对象分配空间是会触发Minor GC，比如Eden占满时，所以新对象分配的频率越高，那么Minor GC的频率就会越高，从年轻代指向老年带的引用都是被忽略的而从老年代指向年轻代的引用都被认为是GC Root，Minor GC都会引起全线停顿（Stop The World），Eden区的对象基本都是垃圾。

当从年轻代升入老年代而老年代的空间不足时会触发Full GC（Major GC），所以很多时候Minor GC都会引起Full GC，PG空间满时也会引起Full GC

三、对什么对象进行GC?

可达性分析算法：判断对象是否存活，基本的思路：通过一系列GC Roots对象作为起点，从这些起点开始向下搜索，搜索过的路径成为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何的引用链相连时，则说明此对象为不可达，可以被回收

图中Object5、6、7虽然相互有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，所以可以被回收。

在java虚拟机中可以被作为GC Roots的对象包括以下几种：

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象、方法区中类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中JNI引用的对象

四、GC的具体内容?

垃圾回收算法：

标记清除算法：

最基础的收集算法是“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如同它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象，它的标记过程其实在前一节讲述对象标记判定时已经介绍过了。 之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。 它的主要不足有两个：一个是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；另一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。
 

复制算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。 当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉，优点：没有内存碎片情况，实现简单，运行效率高，缺点：内存将缩小为原来的一办，成本太大。这种算法主要回收新生代，将新生代的内存分成一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor[1]。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间，HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存会被“浪费”。

标记整理算法，标记过程与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

分代收集算法，根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。 一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。 在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。 而老年代中因为对象存活率高、 没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。