Java内存管理以及GC工作原理

Java内存管理以及GC工作原理

1、内存管理简介
内存管理的职责为分配内存，回收内存。
没有自动内存管理的语言/平台容易发生错误。
典型的问题包括悬挂指针问题，一个指针引用了一个已经被回收的内存地址，导致程序的运行完全不可知。
另一个典型问题为内存泄露，内存已经分配，但是已经没有了指向该内存的指针，导致内存泄露。
程序员要花费大量时间在调试该类问题上。

2、GC简介
因此引入了Garbage Collector机制，由运行时环境来自动管理内存。
Garbage Collector解决了悬挂指针和内存泄露大部分的问题(不是全部)。

注意Garbage Collector(简称Collector)和Garbage Collection(简称GC)的区别。

3、Collector的职责：
分配内存。
保证有引用的内存不被释放。
回收没有指针引用的内存。

对象被引用称为活对象，对象没有被引用称为垃圾对象/垃圾/垃圾内存，找到垃圾对象并回收是Collector的一个主要工作，该过程称为GC。

Collector一般使用一个称为堆的内存池来进行内存的分配和回收。
一般的，当堆内存满或者达到一个阀值时，堆内存或者部分堆内存被GC。
4、好的Collector的特性
保证有引用的对象不被GC。
快速的回收内存垃圾。
在程序运行期间GC要高效，尽量少的影响程序运行。和大部分的计算机问题一样，这是一个关于空间，时间，效率平衡的问题。
避免内存碎片，内存碎片导致占用大量内存的大对象内存申请难以满足。可以采用Compaction技术避免内存碎片。Compaction技术：把活对象移向连续内存区的一端，回收其余的内存以便以后的分配。
良好的扩展性，内存分配和GC在多核机器上不应该成为性能瓶颈。

5、GC性能指标
Throughput: 程序时间(不包含GC时间)/总时间。
GC overhead: GC时间/总时间。
Pause time: GC运行时程序挂起时间。
Frequency of GC: GC频率。
Footprint: a measure of size, such as heap size。
Promptness:对象变为垃圾到该垃圾被回收后内存可用的时间。

依赖于不同的场景，对于GC的性能指标的关注点也不一样。

6、分代GC
分代GC把内存划分为多个代(内存区域)，每个代存储不同年龄的对象。 常见的分为2代，young和old。
分配内存时，先从young代分配，如果young代已满，可以执行GC(可能导致对象提升)，如果有空间，则分配，如果young代还是没有空间，可以对整个内存堆GC。
young代GC后还存活的对象可以提升到old代。
该机制基于以下观察事实：
１　大部分新分配的对象很快就没有引用了，变成垃圾。
２　很少有old代对象引用young代对象。
基于代内存存储对象的特性，对不同代的内存可以使用不同的GC算法。
Young代GC需要高效，快速，频繁的执行，关注点主要在速度上。
Old代由于增长缓慢，因此GC不频繁，但是其内存空间比较大，因此，需要更长时间才能执行完GC。关注点在内存空间利用率上。

7、Java Collector
Jvm的内存分为3代。Young, Old, Permanent。
大部分对象存储在Young代。
在Young代中经历数次GC存活的对象可以提升到Old代，大对象也可以直接分配到Old代。
Permanent代保存虚拟机自己的静态(refective)数据，例如类(class)和方法(method)对象。
Young代由一个Eden和2个survivor组成。大部分的对象的内存分配和回收在这里完成。

Survivor存储至少经过一次GC存活下来的对象，以增大该对象在提升至old代前被回收的机会。2个survivor中有一个为空。分别为From和to survivor。

当young代内存满，执行young代GC(minor GC)。
当old或permanent代内存满，执行full GC(major GC)，所有代都被GC。一般先执行young GC，再执行old,　permanent GC。
有时old代太满，以至于如果young GC先运行，则无法存储提升的对象。这时，Young GC不运行，old GC算法在整个堆上运行(CMS collector是个例外，该collector不能运行在young 代上)。