JVM内存分配和回收

本文内容来自《Java编程思想（第四版）》第二章《一切都是对象》和第五章《初始化与清理》。做为一个使用了好几年的Javaer，再次看编程思想的前面章节（不要问我为何用再，尽管我第一遍看的啥，一点都不记得了。）

-----------------正文分割线---------------------

一个程序须要在计算机中运行，其本质是CPU操做内存中[1]的数据，进行某些运算的过程。因此这个问题是，计算机是如何操做这些数据的。

要解答这个问题，必须知道1.这些数据指的是什么？2.这些数据是如何存储在内存中的？

1. 这些数据指的是程序在算出指望结果过程当中，所须要的一些信息，包括数据自己（多是文本，图像等，但这些都是毫无例外的用二进制形式存储的），以及计算过程当中产生的中间值，包括一些内存地址，空白的信息（占坑用）等，总之他们都是有结构的被存储在内存中的二进制。[2]
2. 这是个大问题，要分步来解答。

a)   数据能够存在哪里？

l  寄存器。存在这里的读取和写入速度都是最快的，由于寄存器是CPU的一部分，而CPU是干活的所有力量，因此CPU和寄存器的交互速度很是快，比内存快上百来倍（未考证）。至于为何寄存器更快呢？由于寄存器用的是SRAM，而内存是DRAM，SRAM贵多了。至于为何SRAM比DRAM快，这个我也不知道（喂，在这么下去，要跑题了）。

l  堆栈：堆栈是存在内存的。用的是栈的数据结构，它快的缘由是栈的空间分配速度很快，只须要将指针上移下移就好了。（这种上下其手的事情慢了怎么行。）

l  堆：堆也是放在内存的，并且只比堆栈少一个字！不过它的速度慢多了，这是由于它是堆的数据结构，堆天生就比栈慢。可是堆栈太大了效率就吃不消，你去试试对乐山大佛·上上下下啊！而堆就不同了，能存的东西就多多了。

l  其余：包括常量堆，流、持久化对象（这个是存在磁盘和网络上的）。

b)   而后呢？（如何操做存在内存的数据）

对内存中数据的操做，汇编是直接操做的，所以你能够在组成原理中看到，内存寻址是一块很重要的内容。C/C++是采用“指针”来间接操做的，它要负责内存的分配和回收，例如malloc就是要内存的节奏。

在Java中，一切都是对象。对象有可能很庞大也可能很小。Java将对象的引用存储在栈上，这样能够快速找到定位，将实际的对象存储在堆中。引用的本质是内存地址，它直接指向堆里相应的对象。因此你在Java中输出this的时候，其实输出的是Java对象的内存地址。

前面说了，堆的操做比较慢。可是实际上，Java的堆并不慢，根据编程之美的说法，Java堆的效率能够媲美某些语言（我也不知道某些是哪些）的栈。这主要得益于JVM良好的垃圾回收机制。

c)   JVM垃圾回收机制

程序在运行过程当中，须要不断的申请新的内存空间，而后释放掉不用的对象。程序删除不用的内容后，原来这些内容占着的坑（内存空间）就会空出来。如此便会形成大量的内存碎片存在。内存碎片会下降内存使用率，并致使一些大内存对象的分配显得困难。整合这些内存碎片，是很是消耗资源的行为（可是又不得不整合）。JVM的内存回收机制（垃圾回收机制）干的就是这个活。

那么，JVM是如何进行垃圾回收的呢？

简言之，就是根据某些策略，找到那些不用的对象，并将它们释放掉。固然若是能顺便解决内存碎片就更好了，么么哒。

d)   如何找到失活对象？（根据什么策略呢）

有个理论上很是简单的方式就是，若是一个对象被引用了，那么给它的计数增长1，对象被释放掉了，就减去1，那么当一个对象的引用是0的时候，他就绝不留情的被垃圾回收机制回收了。这个方式叫作“引用计数”。可是这个方式有个致命的问题：当两个对象相互引用的时候，计数就永远不为0，即使这些对象是须要被释放掉的。

因此，JVM就不用这个方式啦。

JVM的作法是：遍历栈里的全部引用，有引用的对象即是活的对象，没引用的对象，就是被当作孤魂野鬼来处理。为了解决内存碎片的问题，JVM使用了一种叫作“中止-复制(stop-and-copy)”的作法，即暂停当前程序，而后将活的对象复制到另外一片内存区域；如此，既解决了内存碎片（新复制的对象在内存上是连续的），有解决了垃圾回收（没有引用的对象就被抛弃了）。可是这样子，效率上并不过高，另外，还须要一大片内存来作备胎。另外，程序稳定运行后，内存碎片可能并很少。

这时候，JVM的另外一个套机制，叫作标记-清扫(mark-and-sweep)的方式。这种方式也是从栈出发，遍历全部引用，为有引用的对象标记存活标记；标记以后，再开始清扫，即清理没被标记的对象。这时候获得的结果，其内存是不连续的。

JVM会监视内存使用状态，在程序稳定的时候，启动标记-清扫方式，当堆碎片过多的时候，启动中止-复制方式。JVM管这个过程叫作自适应的垃圾回收机制。

在上面所述的过程当中，内存是以块为单位进行分配的。较大的对象会占据一整个块。每一个块都有一个参数叫作代数(generation count)，标记其是否存活。对于大型对象，在中止-复制过程当中，也不会被再复制一遍，只是代数增长。（这个是为了减小复制的内容，从而减小内存占用。）

---

[1] 也多是寄存器中

[2] 这个解答是我瞎编的，并不是来自编程思想一书，请你们踊跃找错。

 

----------------------

个人微信公共帐号： DesertToOcean，欢迎关注。