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Java的內(nèi)存回收機制

開發(fā) 后端
在Java中,它的內(nèi)存管理包括兩方面:內(nèi)存分配(創(chuàng)建Java對象的時候)和內(nèi)存回收,這兩方面工作都是由JVM自動完成的,降低了Java程序員的學習難度,避免了像C/C++直接操作內(nèi)存的危險。

在Java中,它的內(nèi)存管理包括兩方面:內(nèi)存分配(創(chuàng)建Java對象的時候)和內(nèi)存回收,這兩方面工作都是由JVM自動完成的,降低了Java程序員的學習難度,避免了像C/C++直接操作內(nèi)存的危險。但是,也正因為內(nèi)存管理完全由JVM負責,所以也使Java很多程序員不再關心內(nèi)存分配,導致很多程序低效,耗內(nèi)存。因此就有了Java程序員到最后應該去了解JVM,才能寫出更高效,充分利用有限的內(nèi)存的程序。

1.Java在內(nèi)存中的狀態(tài)

首先我們先寫一個代碼為例子:

Person.java

  1. package test;  
  2.  import java.io.Serializable;  
  3.  public class Person implements Serializable {  
  4.      static final long serialVersionUID = 1L;  
  5.      String name; // 姓名  
  6.      Person friend;    //朋友  
  7.      public Person() {}   
  8.      public Person(String name) {  
  9.          super();  
  10.          this.name = name;  
  11.      }  
  12.  } 

Test.java

  1. package test;  
  2.    
  3.  public class Test{  
  4.     
  5.      public static void main(String[] args) {  
  6.          Person p1 = new Person("Kevin");  
  7.          Person p2 = new Person("Rain");  
  8.          Person p3 = new Person("Sunny");  
  9.             
  10.          p1.friend = p2;  
  11.          p3 = p2;  
  12.          p2 = null;  
  13.      }  
  14.  } 

把上面Test.java中main方面里面的對象引用畫成一個從main方法開始的對象引用圖的話就是這樣的(頂點是對象和引用,有向邊是引用關系):

Java的內(nèi)存回收機制

當程序運行起來之后,把它在內(nèi)存中的狀態(tài)看成是有向圖后,可以分為三種:

1)可達狀態(tài):在一個對象創(chuàng)建后,有一個以上的引用變量引用它。在有向圖中可以從起始頂點導航到該對象,那它就處于可達狀態(tài)。

2)可恢復狀態(tài):如果程序中某個對象不再有任何的引用變量引用它,它將先進入可恢復狀態(tài),此時從有向圖的起始頂點不能再導航到該對象。在這個狀態(tài)下,系統(tǒng)的垃圾回收機制準備回收該對象的所占用的內(nèi)存,在回收之前,系統(tǒng)會調(diào)用finalize()方法進行資源清理,如果資源整理后重新讓一個以上引用變量引用該對象,則這個對象會再次變?yōu)榭蛇_狀態(tài);否則就會進入不可達狀態(tài)。

3)不可達狀態(tài):當對象的所有關聯(lián)都被切斷,且系統(tǒng)調(diào)用finalize()方法進行資源清理后依舊沒有使該對象變?yōu)榭蛇_狀態(tài),則這個對象將永久性失去引用并且變成不可達狀態(tài),系統(tǒng)才會真正的去回收該對象所占用的資源。

上述三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換圖如下:

Java的內(nèi)存回收機制

2.Java對對象的4種引用

1)強引用 :創(chuàng)建一個對象并把這個對象直接賦給一個變量,eg :Person person = new Person(“sunny”); 不管系統(tǒng)資源有么的緊張,強引用的對象都絕對不會被回收,即使他以后不會再用到。

2)軟引用 :通過SoftReference類實現(xiàn),eg : SoftReference<Person> p = new SoftReference<Person>(new Person(“Rain”));,內(nèi)存非常緊張的時候會被回收,其他時候不會被回收,所以在使用之前要判斷是否為null從而判斷他是否已經(jīng)被回收了。

3)弱引用 :通過WeakReference類實現(xiàn),eg : WeakReference<Person> p = new WeakReference<Person>(new Person(“Rain”));不管內(nèi)存是否足夠,系統(tǒng)垃圾回收時必定會回收。

4)虛引用 :不能單獨使用,主要是用于追蹤對象被垃圾回收的狀態(tài)。通過PhantomReference類和引用隊列ReferenceQueue類聯(lián)合使用實現(xiàn),eg :

  1. package test;  
  2.     
  3.  import java.lang.ref.PhantomReference;  
  4.  import java.lang.ref.ReferenceQueue;  
  5.     
  6.     
  7.  public class Test{  
  8.     
  9.      public static void main(String[] args) {  
  10.          //創(chuàng)建一個對象  
  11.          Person person = new Person("Sunny");      
  12.          //創(chuàng)建一個引用隊列      
  13.          ReferenceQueue<Person> rq = new ReferenceQueue<Person>();  
  14.          //創(chuàng)建一個虛引用,讓此虛引用引用到person對象  
  15.          PhantomReference<Person> pr = new PhantomReference<Person>(person, rq);  
  16.          //切斷person引用變量和對象的引用  
  17.          person = null;  
  18.          //試圖取出虛引用所引用的對象  
  19.          //發(fā)現(xiàn)程序并不能通過虛引用訪問被引用對象,所以此處輸出為null  
  20.          System.out.println(pr.get());  
  21.          //強制垃圾回收  
  22.          System.gc();  
  23.          System.runFinalization();  
  24.          //因為一旦虛引用中的對象被回收后,該虛引用就會進入引用隊列中  
  25.          //所以用隊列中最先進入隊列中引用與pr進行比較,輸出true  
  26.          System.out.println(rq.poll() == pr);  
  27.      }  
  28.  } 

運行結(jié)果:

Java的內(nèi)存回收機制

#p#

3.Java垃圾回收機制

其實Java垃圾回收主要做的是兩件事:1)內(nèi)存回收 2)碎片整理

3.1垃圾回收算法

1)串行回收(只用一個CPU)和并行回收(多個CPU才有用):串行回收是不管系統(tǒng)有多少個CPU,始終只用一個CPU來執(zhí)行垃圾回收操作,而并行回收就是把整個回收工作拆分成多個部分,每個部分由一個CPU負責,從而讓多個CPU并行回收。并行回收的執(zhí)行效率很高,但復雜度增加,另外也有一些副作用,如內(nèi)存隨便增加。

2)并發(fā)執(zhí)行和應用程序停止 :應用程序停止(Stop-the-world)顧名思義,其垃圾回收方式在執(zhí)行垃圾回收的同時會導致應用程序的暫停。并發(fā)執(zhí)行的垃圾回收雖然不會導致應用程序的暫停,但由于并發(fā)執(zhí)行垃圾需要解決和應用程序的執(zhí)行沖突(應用程序可能在垃圾回收的過程修改對象),因此并發(fā)執(zhí)行垃圾回收的系統(tǒng)開銷比Stop-the-world高,而且執(zhí)行時需要更多的堆內(nèi)存。

3)壓縮和不壓縮和復制 :

①支持壓縮的垃圾回收器(標記-壓縮 = 標記清除+壓縮)會把所有的可達對象搬遷到一起,然后將之前占用的內(nèi)存全部回收,減少了內(nèi)存碎片。

②不壓縮的垃圾回收器(標記-清除)要遍歷兩次,第一次先從跟開始訪問所有可達對象,并將他們標記為可達狀態(tài),第二次便利整個內(nèi)存區(qū)域,對未標記可達狀態(tài)的對象進行回收處理。這種回收方式不壓縮,不需要額外內(nèi)存,但要兩次遍歷,會產(chǎn)生碎片

③復制式的垃圾回收器:將堆內(nèi)存分成兩個相同空間,從根(類似于前面的有向圖起始頂點)開始訪問每一個關聯(lián)的可達對象,將空間A的全部可達對象復制到空間B,然后一次性回收空間A。對于該算法而言,因為只需訪問所有的可達對象,將所有的可達對象復制走之后就直接回收整個空間,完全不用理會不可達對象,所以遍歷空間的成本較小,但需要巨大的復制成本和較多的內(nèi)存。

Java的內(nèi)存回收機制

3.2堆內(nèi)存的分代回收

1)分代回收的依據(jù):

①對象生存時間的長短:大部分對象在Young期間就被回收

②不同代采取不同的垃圾回收策略:新(生存時間短)老(生存時間長)對象之間很少存在引用

2) 堆內(nèi)存的分代:

①Young代 :

Ⅰ回收機制 :因為對象數(shù)量少,所以采用復制回收。

Ⅱ組成區(qū)域 :由1個Eden區(qū)和2個Survivor區(qū)構(gòu)成,同一時間的兩個Survivor區(qū),一個用來保存對象,另一個是空的;每次進行Young代垃圾回收的時候,就把Eden,F(xiàn)rom中的可達對象復制到To區(qū)域中,一些生存時間長的就復制到了老年代,接著清除Eden,F(xiàn)rom空間,最后原來的To空間變?yōu)镕rom空間,原來的From空間變?yōu)門o空間。

Ⅲ對象來源 :絕大多數(shù)對象先分配到Eden區(qū),一些大的對象會直接被分配到Old代中。

Ⅳ回收頻率 :因為Young代對象大部分很快進入不可達狀態(tài),因此回收頻率高且回收速度快

Java的內(nèi)存回收機制          

Java的內(nèi)存回收機制

②Old代 :

Ⅰ回收機制 :采用標記壓縮算法回收。

Ⅱ?qū)ο髞碓?:1.對象大直接進入老年代。

2.Young代中生存時間長的可達對象

Ⅲ回收頻率 :因為很少對象會死掉,所以執(zhí)行頻率不高,而且需要較長時間來完成。

③Permanent代 :

Ⅰ用途 :用來裝載Class,方法等信息,默認為64M,不會被回收

Ⅱ?qū)ο髞碓?:eg:對于像Hibernate,Spring這類喜歡AOP動態(tài)生成類的框架,往往會生成大量的動態(tài)代理類,因此需要更多的Permanent代內(nèi)存。所以我們經(jīng)常在調(diào)試Hibernate,Spring的時候經(jīng)常遇到java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space的錯誤,這就是Permanent代內(nèi)存耗盡所導致的錯誤。

Ⅲ回收頻率 :不會被回收

3.3常見的垃圾回收器

1)串行回收器(只使用一個CPU):Young代采用串行復制算法;Old代使用串行標記壓縮算法(三個階段:標記mark—清除sweep—壓縮compact),回收期間程序會產(chǎn)生暫停,

2)并行回收器:對Young代采用的算法和串行回收器一樣,只是增加了多CPU并行處理; 對Old代的處理和串行回收器完全一樣,依舊是單線程。

3)并行壓縮回收器:對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法;只是對Old代采用了不同的算法,其實就是劃分不同的區(qū)域,然后進行標記壓縮算法:

① 將Old代劃分成幾個固定區(qū)域;

② mark階段(多線程并行),標記可達對象;

③ summary階段(串行執(zhí)行),從最左邊開始檢驗知道找到某個達到數(shù)值(可達對象密度小)的區(qū)域時,此區(qū)域及其右邊區(qū)域進行壓縮回收,其左端為密集區(qū)域

④ compact階段(多線程并行),識別出需要裝填的區(qū)域,多線程并行的把數(shù)據(jù)復制到這些區(qū)域中。經(jīng)此過程后,Old代一端密集存在大量活動對象,另一端則存在大塊空間。

4)并發(fā)標識—清理回收(CMS):對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法;只是對Old代采用了不同的算法,但歸根待地還是標記清理算法:

① 初始標識(程序暫停):標記被直接引用的對象(一級對象);

② 并發(fā)標識(程序運行):通過一級對象尋找其他可達對象;

③ 再標記(程序暫停):多線程并行的重新標記之前可能因為并發(fā)而漏掉的對象(簡單的說就是防遺漏)

④ 并發(fā)清理(程序運行)

4.內(nèi)存管理小技巧

1)盡量使用直接量,eg:String javaStr = “小學徒的成長歷程”;

2)使用StringBuilder和StringBuffer進行字符串連接等操作;

3)盡早釋放無用對象;

4)盡量少使用靜態(tài)變量;

5)緩存常用的對象:可以使用開源的開源緩存實現(xiàn),eg:OSCache,Ehcache;

6)盡量不使用finalize()方法;

7)在必要的時候可以考慮使用軟引用SoftReference。

原文鏈接:http://www.cnblogs.com/xiaoxuetu/archive/2013/03/29/2987805.html

責任編輯:張偉 來源: 小學徒V
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