深入理解JVM(一)——JVM記憶體模型
Java開發有個很基礎的問題，雖然我們平時接觸的不多，但是瞭解它卻成為Java開發的必備基礎——這就是JVM。在C++中我們需要手動申請記憶體然後釋放記憶體，否則就會出現物件已經不再使用記憶體卻仍被佔用的情況。在Java中JVM內建了垃圾回收的機制，幫助開發者承擔物件的建立和釋放的工作，極大的減輕了開發的負擔。那是不是我們就不需要了解JVM了，顯然在做一些優化或者深入研究應用效能的時候，JVM還是起了很關鍵的作用的。因此本篇就總結性的描述下JVM的記憶體模型與垃圾回收相關的知識。
本文的主要內容如下：
- 記憶體模型
- 垃圾回收
- 參考文章
記憶體模型
各部分的功能
這幾個儲存區最主要的就是棧區和堆區，那麼什麼是棧什麼是堆呢？說的簡單點，棧裡面存放的是基本的資料型別和引用，而堆裡面則是存放各種物件例項的。
堆與棧分開設計是為什麼呢？
- 棧儲存了處理邏輯、堆儲存了具體的資料，這樣隔離設計更為清晰
- 堆與棧分離，使得堆可以被多個棧共享。
- 棧儲存了上下文的資訊，因此只能向上增長；而堆是動態分配
棧的大小可以通過-XSs設定，如果不足的話，會引起java.lang.StackOverflowError的異常
棧區
執行緒私有，生命週期與執行緒相同。每個方法執行的時候都會建立一個棧幀（stack frame）用於存放 區域性變量表、操作棧、動態連結、方法出口。
堆
存放物件例項，所有的物件的記憶體都在這裡分配。垃圾回收主要就是作用於這裡的。
- 堆得記憶體由-Xms指定，預設是實體記憶體的1/64；最大的記憶體由-Xmx指定，預設是實體記憶體的1/4。
- 預設空餘的堆記憶體小於40%時，就會增大，直到-Xmx設定的記憶體。具體的比例可以由-XX:MinHeapFreeRatio指定
- 空餘的記憶體大於70%時，就會減少記憶體，直到-Xms設定的大小。具體由-XX:MaxHeapFreeRatio指定。
因此一般都建議把這兩個引數設定成一樣大，可以避免JVM在不斷調整大小。
程式計數器
這裡記錄了執行緒執行的位元組碼的行號，在分支、迴圈、跳轉、異常、執行緒恢復等都依賴這個計數器。
方法區
型別資訊、欄位資訊、方法資訊、其他資訊
總結
| 名稱 | 特徵 | 作用 | 配置 | 異常 |
|---|---|---|---|---|
| 棧區 | 執行緒私有，使用一段連續的記憶體空間 | 存放區域性變量表、操作棧、動態連結、方法出口 | -XSs | StackOverflowError OutOfMemoryError |
| 堆 | 執行緒共享，生命週期與虛擬機器相同 | 儲存物件例項 | -Xms -Xmx -Xmn | OutOfMemoryError |
| 程式計數器 | 執行緒私有、佔用記憶體小 | 位元組碼行號 | 無 | 無 |
| 方法區 | 執行緒共享 | 儲存類載入資訊、常量、靜態變數等 | -XX:PermSize -XX:MaxPermSize | OutOfMemoryError |
垃圾回收
如何定義垃圾
有兩種方式，一種是引用計數（但是無法解決迴圈引用的問題）；另一種就是可達性分析。
判斷物件可以回收的情況：
- 顯示的把某個引用置位NULL或者指向別的物件
- 區域性引用指向的物件
- 弱引用關聯的物件
垃圾回收的方法
Mark-Sweep標記-清除演算法
這種方法優點就是減少停頓時間，但是缺點是會造成記憶體碎片。
Copying複製演算法
這種方法不涉及到物件的刪除，只是把可用的物件從一個地方拷貝到另一個地方，因此適合大量物件回收的場景，比如新生代的回收。
Mark-Compact標記-整理演算法
這種方法可以解決記憶體碎片問題，但是會增加停頓時間。
Generational Collection 分代收集
最後的這種方法是前面幾種的合體，即目前JVM主要採取的一種方法，思想就是把JVM分成不同的區域。每種區域使用不同的垃圾回收方法。
上面可以看到堆分成三個區域：
- 新生代(Young Generation)：用於存放新建立的物件，採用複製回收方法，如果在s0和s1之間複製一定次數後，轉移到年老代中。這裡的垃圾回收叫做minor GC;
- 年老代(Old Generation)：這些物件垃圾回收的頻率較低，採用的標記整理方法，這裡的垃圾回收叫做 major GC。
- 永久代(Permanent Generation)：存放Java本身的一些資料，當類不再使用時，也會被回收。
這裡可以詳細的說一下新生代複製回收的演算法流程：
在新生代中，分為三個區：Eden, from survivor, to survior。
- 當觸發minor GC時，會先把Eden中存活的物件複製到to Survivor中；
- 然後再看from survivor，如果次數達到年老代的標準，就複製到年老代中；如果沒有達到則複製到to survivor中，如果to survivor滿了，則複製到年老代中。
- 然後調換from survivor 和 to survivor的名字，保證每次to survivor都是空的等待物件複製到那裡的。
垃圾回收器
序列收集器 Serial
這種收集器就是以單執行緒的方式收集，垃圾回收的時候其他執行緒也不能工作。
並行收集器 Parallel
以多執行緒的方式進行收集
併發標記清除收集器 Concurrent Mark Sweep Collector, CMS
大致的流程為：初始標記--併發標記--重新標記--併發清除
G1收集器 Garbage First Collector
大致的流程為：初始標記--併發標記--最終標記--篩選回收
