對(duì)于從事C和C++程序開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，在內(nèi)存管理領(lǐng)域，他們既是擁有最高權(quán)力的皇帝，又是從事最基礎(chǔ)工作的勞動(dòng)人民—既擁有每

一個(gè)對(duì)象的“所有權(quán)”，又擔(dān)負(fù)著每一個(gè)對(duì)象生命開(kāi)始到終結(jié)的維護(hù)責(zé)任。

對(duì)于Java程序員來(lái)說(shuō)，在虛擬機(jī)的自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制的幫助下，不再需要為每一個(gè)new操作去寫(xiě)配對(duì)的delete/free代碼，而且不容易出現(xiàn)

內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出問(wèn)題，看起來(lái)由虛擬機(jī)管理內(nèi)存一切都很美好。不過(guò)，也正是因?yàn)镴ava程序員把內(nèi)存控制的權(quán)力交給了Java虛擬機(jī)，一旦

出現(xiàn)內(nèi)存泄漏和溢出方面的問(wèn)題，如果不了解虛擬機(jī)是怎樣使用內(nèi)存的，那排查錯(cuò)誤將會(huì)成為一項(xiàng)異常艱難的工作。

運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域

Java虛擬機(jī)在執(zhí)行Java程序的過(guò)程中會(huì)把它所管理的內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的數(shù)據(jù)區(qū)域。這些區(qū)域都有各自的用途，以及創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的時(shí)

間，有的區(qū)域隨著虛擬機(jī)進(jìn)程的啟動(dòng)而存在，有些區(qū)域則是依賴(lài)用戶(hù)線程的啟動(dòng)和結(jié)束而建立和銷(xiāo)毀。

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程序計(jì)數(shù)器

程序計(jì)數(shù)器（Program Counter Register）是一塊較小的內(nèi)存空間，它的作用可以看做是當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼的行號(hào)指示器。在虛擬機(jī)的概念模型里（僅是概念模型，各種虛擬機(jī)可能會(huì)通過(guò)一些更高效的方式去實(shí)現(xiàn)），字節(jié)碼解釋器工作時(shí)就是通過(guò)改變這個(gè)計(jì)數(shù)器的值來(lái)選取下一條需要執(zhí)行的字節(jié)碼指令，分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)、異常處理、線程恢復(fù)等基礎(chǔ)功能都需要依賴(lài)這個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)完成。 由于Java虛擬機(jī)的多線程是通過(guò)線程輪流切換并分配處理器執(zhí)行時(shí)間的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在任何一個(gè)確定的時(shí)刻，一個(gè)處理器（對(duì)于多核處理器來(lái)說(shuō)是一個(gè)內(nèi)核）只會(huì)執(zhí)行一條線程中的指令。因此，為了線程切換后能恢復(fù)到正確的執(zhí)行位置，每條線程都需要有一個(gè)獨(dú)立的程序計(jì)數(shù)器，各條線程之間的計(jì)數(shù)器互不影響，獨(dú)立存儲(chǔ)，我們稱(chēng)這類(lèi)內(nèi)存區(qū)域?yàn)椤熬€程私有”的內(nèi)存。 如果線程正在執(zhí)行的是一個(gè)Java方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器記錄的是正在執(zhí)行的虛擬機(jī)字節(jié)碼指令的地址；如果正在執(zhí)行的是Natvie方法，這個(gè)計(jì)數(shù)器值則為空（Undefined）。此內(nèi)存區(qū)域是唯一一個(gè)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中沒(méi)有規(guī)定任何OutOfMemoryError情況的區(qū)域。

Java虛擬機(jī)棧

與程序計(jì)數(shù)器一樣，Java虛擬機(jī)棧（Java Virtual Machine Stacks）也是線程私有的，它的生命周期與線程相同。虛擬機(jī)棧描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：每個(gè)方法被執(zhí)行的時(shí)候都會(huì)同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。每一個(gè)方法被調(diào)用直至執(zhí)行完成的過(guò)程，就對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中從入棧到出棧的過(guò)程。經(jīng)常有人把Java內(nèi)存區(qū)分為堆內(nèi)存（Heap）和棧內(nèi)存（Stack），這種分法比較粗糙，Java內(nèi)存區(qū)域的劃分實(shí)際上遠(yuǎn)比這復(fù)雜。這種劃分方式的流行只能說(shuō)明大多數(shù)程序員最關(guān)注的、與對(duì)象內(nèi)存分配關(guān)系最密切的內(nèi)存區(qū)域是這兩塊。其中所指的“堆”在后面會(huì)專(zhuān)門(mén)講述，而所指的“?！本褪乾F(xiàn)在講的虛擬機(jī)棧，或者說(shuō)是虛擬機(jī)棧中的局部變量表部分。

局部變量表存放了編譯期可知的各種基本數(shù)據(jù)類(lèi)型（boolean、byte、char、short、int、float、long、double）、對(duì)象引用（reference類(lèi)型），它不等同于對(duì)象本身，根據(jù)不同的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)，它可能是一個(gè)指向?qū)ο笃鹗嫉刂返囊弥羔?，也可能指向一個(gè)代表對(duì)象的句柄或者其他與此對(duì)象相關(guān)的位置）和returnAddress類(lèi)型（指向了一條字節(jié)碼指令的地址）。其中64位長(zhǎng)度的long和double類(lèi)型的數(shù)據(jù)會(huì)占用2個(gè)局部變量空間（Slot），其余的數(shù)據(jù)類(lèi)型只占用1個(gè)。局部變量表所需的內(nèi)存空間在編譯期間完成分配，當(dāng)進(jìn)入一個(gè)方法時(shí)，這個(gè)方法需要在幀中分配多大的局部變量空間是完全確定的，在方法運(yùn)行期間不會(huì)改變局部變量表的大小。 在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對(duì)這個(gè)區(qū)域規(guī)定了兩種異常狀況：如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常；如果虛擬機(jī)?？梢詣?dòng)態(tài)擴(kuò)展（當(dāng)前大部分的Java虛擬機(jī)都可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，只不過(guò)Java虛擬機(jī)規(guī)范中也允許固定長(zhǎng)度的虛擬機(jī)棧），當(dāng)擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

本地方法棧

本地方法棧（Native Method Stacks）與虛擬機(jī)棧所發(fā)揮的作用是非常相似的，其區(qū)別不過(guò)是虛擬機(jī)棧為虛擬機(jī)執(zhí)行Java方法（也就是字節(jié)碼）服務(wù)，而本地方法棧則是為虛擬機(jī)使用到的Native方法服務(wù)。虛擬機(jī)規(guī)范中對(duì)本地方法棧中的方法使用的語(yǔ)言、使用方式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有強(qiáng)制規(guī)定，因此具體的虛擬機(jī)可以自由實(shí)現(xiàn)它。甚至有的虛擬機(jī)（譬如Sun HotSpot虛擬機(jī)）直接就把本地方法棧和虛擬機(jī)棧合二為一。與虛擬機(jī)棧一樣，本地方法棧區(qū)域也會(huì)拋出StackOverflowError和OutOfMemoryError異常。

Java堆

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，Java堆（Java Heap）是Java虛擬機(jī)所管理的內(nèi)存中最大的一塊。Java堆是被所有線程共享的一塊內(nèi)存區(qū)域，在虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建。此內(nèi)存區(qū)域的唯一目的就是存放對(duì)象實(shí)例，幾乎所有的對(duì)象實(shí)例都在這里分配內(nèi)存。這一點(diǎn)在Java虛擬機(jī)規(guī)范中的描述是：所有的對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組都要在堆上分配，但是隨著JIT編譯器的發(fā)展與逃逸分析技術(shù)的逐漸成熟，棧上分配、標(biāo)量替換優(yōu)化技術(shù)將會(huì)導(dǎo)致一些微妙的變化發(fā)生，所有的對(duì)象都分配在堆上也漸漸變得不是那么“絕對(duì)”了。

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Java堆是垃圾收集器管理的主要區(qū)域，因此很多時(shí)候也被稱(chēng)做“GC堆”（Garbage Collected Heap，幸好國(guó)內(nèi)沒(méi)翻譯成“垃圾堆”）。如果從內(nèi)存回收的角度看，由于現(xiàn)在收集器基本都是采用的分代收集算法，所以Java堆中還可以細(xì)分為：新生代和老年代；再細(xì)致一點(diǎn)的有Eden空間、From Survivor空間、To?Survivor空間等。如果從內(nèi)存分配的角度看，線程共享的Java堆中可能劃分出多個(gè)線程私有的分配緩沖區(qū)（Thread Local Allocation Buffer，TLAB）。不過(guò)，無(wú)論如何劃分，都與存放內(nèi)容無(wú)關(guān)，無(wú)論哪個(gè)區(qū)域，存儲(chǔ)的都仍然是對(duì)象實(shí)例，進(jìn)一步劃分的目的是為了更好地回收內(nèi)存，或者更快地分配內(nèi)存。根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，Java堆可以處于物理上不連續(xù)的內(nèi)存空間中，只要邏輯上是連續(xù)的即可，就像我們的磁盤(pán)空間一樣。在實(shí)現(xiàn)時(shí)，既可以實(shí)現(xiàn)成固定大小的，也可以是可擴(kuò)展的，不過(guò)當(dāng)前主流的虛擬機(jī)都是按照可擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的（通過(guò)-Xmx和-Xms控制）。如果在堆中沒(méi)有內(nèi)存完成實(shí)例分配，并且堆也無(wú)法再擴(kuò)展時(shí)，將會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

方法區(qū)

方法區(qū)（Method Area）與Java堆一樣，是各個(gè)線程共享的內(nèi)存區(qū)域，它用于存儲(chǔ)已被虛擬機(jī)加載的類(lèi)信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)。雖然Java虛擬機(jī)規(guī)范把方法區(qū)描述為堆的一個(gè)邏輯部分，但是它卻有一個(gè)別名叫做Non-Heap（非堆），目的應(yīng)該是與Java堆區(qū)分開(kāi)來(lái)。對(duì)于習(xí)慣在HotSpot虛擬機(jī)上開(kāi)發(fā)和部署程序的開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，很多人愿意把方法區(qū)稱(chēng)為“永久代”（Permanent Generation），本質(zhì)上兩者并不等價(jià)，僅僅是因?yàn)镠otSpot虛擬機(jī)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇把GC分代收集擴(kuò)展至方法區(qū)，或者說(shuō)使用永久代來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)而已。對(duì)于其他虛擬機(jī)（如BEA JRockit、IBM J9等）來(lái)說(shuō)是不存在永久代的概念的。即使是HotSpot虛擬機(jī)本身，根據(jù)官方發(fā)布的路線圖信息，現(xiàn)在也有放棄永久代并“搬家”至Native Memory來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū)的規(guī)劃了。

Java虛擬機(jī)規(guī)范對(duì)這個(gè)區(qū)域的限制非常寬松，除了和Java堆一樣不需要連續(xù)的內(nèi)存和可以選擇固定大小或者可擴(kuò)展外，還可以選擇不實(shí)現(xiàn)垃圾收集。相對(duì)而言，垃圾收集行為在這個(gè)區(qū)域是比較少出現(xiàn)的，但并非數(shù)據(jù)進(jìn)入了方法區(qū)就如永久代的名字一樣“永久”存在了。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)存回收目標(biāo)主要是針對(duì)常量池的回收和對(duì)類(lèi)型的卸載，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)區(qū)域的回收“成績(jī)”比較難以令人滿(mǎn)意，尤其是類(lèi)型的卸載，條件相當(dāng)苛刻，但是這部分區(qū)域的回收確實(shí)是有必要的。在Sun公司的BUG列表中，曾出現(xiàn)過(guò)的若干個(gè)嚴(yán)重的BUG就是由于低版本的HotSpot虛擬機(jī)對(duì)此區(qū)域未完全回收而導(dǎo)致內(nèi)存泄漏。 根據(jù)Java虛擬機(jī)規(guī)范的規(guī)定，當(dāng)方法區(qū)無(wú)法滿(mǎn)足內(nèi)存分配需求時(shí)，將拋出OutOfMemoryError異常。

運(yùn)行時(shí)常量池

運(yùn)行時(shí)常量池（Runtime Constant Pool）是方法區(qū)的一部分。Class文件中除了有類(lèi)的版本、字段、方法、接口等描述等信息外，還有一項(xiàng)信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放編譯期生成的各種字面量和符號(hào)引用，這部分內(nèi)容將在類(lèi)加載后存放到方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)常量池中。 Java虛擬機(jī)對(duì)Class文件的每一部分（自然也包括常量池）的格式都有嚴(yán)格的規(guī)定，每一個(gè)字節(jié)用于存儲(chǔ)哪種數(shù)據(jù)都必須符合規(guī)范上的要求，這樣才會(huì)被虛擬機(jī)認(rèn)可、裝載和執(zhí)行。但對(duì)運(yùn)行時(shí)常量池，Java虛擬機(jī)規(guī)范沒(méi)有做任何細(xì)節(jié)的要求，不同的提供商實(shí)現(xiàn)的虛擬機(jī)可以按照自己的需要來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)內(nèi)存區(qū)域。不過(guò)，一般來(lái)說(shuō)，除了保存Class文件中描述的符號(hào)引用外，還會(huì)把翻譯出來(lái)的直接引用也存儲(chǔ)在運(yùn)行時(shí)常量池中。?運(yùn)行時(shí)常量池相對(duì)于Class文件常量池的另外一個(gè)重要特征是具備動(dòng)態(tài)性，Java語(yǔ)言并不要求常量一定只能在編譯期產(chǎn)生，也就是并非預(yù)置入Class文件中常量池的內(nèi)容才能進(jìn)入方法區(qū)運(yùn)行時(shí)常量池，運(yùn)行期間也可能將新的常量放入池中，這種特性被開(kāi)發(fā)人員利用得比較多的便是String類(lèi)的intern()方法。 既然運(yùn)行時(shí)常量池是方法區(qū)的一部分，自然會(huì)受到方法區(qū)內(nèi)存的限制，當(dāng)常量池?zé)o法再申請(qǐng)到內(nèi)存時(shí)會(huì)拋出OutOfMemoryError異常。

Java對(duì)象的訪問(wèn)方式

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)Java的引用訪問(wèn)涉及到3個(gè)內(nèi)存區(qū)域：JVM棧，堆，方法區(qū)。

以最簡(jiǎn)單的本地變量引用：Object obj = new Object()為例：

Object obj表示一個(gè)本地引用，存儲(chǔ)在JVM棧的本地變量表中，表示一個(gè)reference類(lèi)型數(shù)據(jù)；

new Object()作為實(shí)例對(duì)象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在堆中；

堆中還記錄了Object類(lèi)的類(lèi)型信息（接口、方法、field、對(duì)象類(lèi)型等）的地址，這些地址所執(zhí)行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在方法區(qū)中；

在Java虛擬機(jī)規(guī)范中，對(duì)于通過(guò)reference類(lèi)型引用訪問(wèn)具體對(duì)象的方式并未做規(guī)定，目前主流的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：

1，通過(guò)句柄訪問(wèn)。通過(guò)句柄訪問(wèn)的實(shí)現(xiàn)方式中，JVM堆中會(huì)專(zhuān)門(mén)有一塊區(qū)域用來(lái)作為句柄池，存儲(chǔ)相關(guān)句柄所執(zhí)行的實(shí)例數(shù)據(jù)地址（包括在堆中地址和在方法區(qū)中的地址）。這種實(shí)現(xiàn)方法由于用句柄表示地址，因此十分穩(wěn)定。

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2，通過(guò)直接指針訪問(wèn)。通過(guò)直接指針訪問(wèn)的方式中，reference中存儲(chǔ)的就是對(duì)象在堆中的實(shí)際地址，在堆中存儲(chǔ)的對(duì)象信息中包含了在方法區(qū)中的相應(yīng)類(lèi)型數(shù)據(jù)。這種方法最大的優(yōu)勢(shì)是速度快，在HotSpot虛擬機(jī)中用的就是這種方式。

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判斷一個(gè)對(duì)象是否存活?(或者GC對(duì)象的判定方法)

判斷一個(gè)對(duì)象是否存活有兩種方法:

1. 引用計(jì)數(shù)法

所謂引用計(jì)數(shù)法就是給每一個(gè)對(duì)象設(shè)置一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用這個(gè)對(duì)象時(shí)，就將計(jì)數(shù)器加一，引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器就減一。當(dāng)一個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器為零時(shí)，說(shuō)明此對(duì)象沒(méi)有被引用，也就是“死對(duì)象”,將會(huì)被垃圾回收.

引用計(jì)數(shù)法有一個(gè)缺陷就是無(wú)法解決循環(huán)引用問(wèn)題，也就是說(shuō)當(dāng)對(duì)象A引用對(duì)象B，對(duì)象B又引用者對(duì)象A，那么此時(shí)A,B對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器都不為零，也就造成無(wú)法完成垃圾回收，所以主流的虛擬機(jī)都沒(méi)有采用這種算法。

2.可達(dá)性算法(引用鏈法)

該算法的思想是：從一個(gè)被稱(chēng)為GC Roots的對(duì)象開(kāi)始向下搜索，如果一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒(méi)有任何引用鏈相連時(shí)，則說(shuō)明此對(duì)象不可用。

在java中可以作為GC Roots的對(duì)象有以下幾種:

虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象

方法區(qū)類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象

方法區(qū)常量池引用的對(duì)象

本地方法棧JNI引用的對(duì)象

java中垃圾收集的方法有哪些?

標(biāo)記-清除:

這是垃圾收集算法中最基礎(chǔ)的，根據(jù)名字就可以知道，它的思想就是標(biāo)記哪些要被回收的對(duì)象，然后統(tǒng)一回收。這種方法很簡(jiǎn)單，但是會(huì)有兩個(gè)主要問(wèn)題：

1.效率不高，標(biāo)記和清除的效率都很低；

2.會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，導(dǎo)致以后程序在分配較大的對(duì)象時(shí)，由于沒(méi)有充足的連續(xù)內(nèi)存而提前觸發(fā)一次GC動(dòng)作。

復(fù)制算法:

為了解決效率問(wèn)題，復(fù)制算法將可用內(nèi)存按容量劃分為相等的兩部分，然后每次只使用其中的一塊，當(dāng)一塊內(nèi)存用完時(shí)，就將還存活的對(duì)象復(fù)制到第二塊內(nèi)存上，然后一次性清除完第一塊內(nèi)存，再將第二塊上的對(duì)象復(fù)制到第一塊。但是這種方式，內(nèi)存的代價(jià)太高，每次基本上都要浪費(fèi)一般的內(nèi)存。

于是將該算法進(jìn)行了改進(jìn)，內(nèi)存區(qū)域不再是按照1：1去劃分，而是將內(nèi)存劃分為8:1:1三部分，較大那份內(nèi)存為Eden區(qū)，其余是兩塊較小的內(nèi)存區(qū)叫Survior區(qū)。每次都會(huì)優(yōu)先使用Eden區(qū)，若Eden區(qū)滿(mǎn)，就將對(duì)象復(fù)制到第二塊內(nèi)存區(qū)上，然后清除Eden區(qū)，如果此時(shí)存活的對(duì)象太多，以至于Survivor不夠時(shí)，會(huì)將這些對(duì)象通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制復(fù)制到老年代中。(java堆又分為新生代和老年代)

標(biāo)記-整理

該算法主要是為了解決標(biāo)記-清除，產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存碎片的問(wèn)題；當(dāng)對(duì)象存活率較高時(shí)，也解決了復(fù)制算法的效率問(wèn)題。它的不同之處就是在清除對(duì)象的時(shí)候現(xiàn)將可回收對(duì)象移動(dòng)到一端，然后清除掉端邊界以外的對(duì)象，這樣就不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片了。

分代收集?

現(xiàn)在的虛擬機(jī)垃圾收集大多采用這種方式，它根據(jù)對(duì)象的生存周期，將堆分為新生代和老年代。在新生代中，由于對(duì)象生存期短，每次回收都會(huì)有大量對(duì)象死去，那么這時(shí)就采用復(fù)制算法。老年代里的對(duì)象存活率較高，沒(méi)有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保，所以可以使用標(biāo)記-整理 或者 標(biāo)記-清除。