與C語言（一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收（堆內存））不同（由此程序會經常擔心會不會出現內存泄露和溢出的問題），Java內存（堆內存）的分配與回收由JVM垃圾收集器自動完成。Java堆是被所有線程共享的一塊內存區域，所有對象實例和數組都在堆上進行內存分配。Java GC機制主要完成3件事：確定哪些內存需要回收，確定什么時候需要執行GC，如何執行GC。學習Java GC機制，可以幫助我們在日常工作中排查各種內存溢出或泄露問題，解決性能瓶頸，達到更高的并發量，寫出更高效的程序。

要理解javaGC，首先我們需要了解java的內存機制

在Java運行時的數據區里，由JVM管理的內存區域分為下圖幾個模塊：

1.程序計數器（Program Counter Register）：程序計數器是一個比較小的內存區域，用于指示當前線程所執行的字節碼執行到了第幾行，可以理解為是當前線程的行號指示器。字節碼解釋器在工作時，會通過改變這個計數器的值來取下一條語句指令。

2.虛擬機棧（JVM Stack）：一個線程的每個方法在執行的同時，都會創建一個棧幀（Statck Frame），棧幀中存儲的有局部變量表、操作站、動態鏈接、方法出口等，當方法被調用時，棧幀在JVM棧中入棧，當方法執行完成時，棧幀出棧。

虛擬機棧中定義了兩種異常，如果線程調用的棧深度大于虛擬機允許的最大深度，則拋出StatckOverFlowError（棧溢出）；不過多數Java虛擬機都允許動態擴展虛擬機棧的大小(有少部分是固定長度的)，所以線程可以一直申請棧，直到內存不足，此時，會拋出OutOfMemoryError（內存溢出）。每個線程對應著一個虛擬機棧，因此虛擬機棧也是線程私有的。

3.本地方法棧（Native Method Statck）：本地方法棧在作用，運行機制，異常類型等方面都與虛擬機棧相同，唯一的區別是：虛擬機棧是執行Java方法的，而本地方法棧是用來執行native方法的，在很多虛擬機中（如Sun的JDK默認的HotSpot虛擬機），會將本地方法棧與虛擬機棧放在一起使用。

本地方法棧也是線程私有的。

4.堆區（Heap）：堆區是理解Java GC機制最重要的區域，沒有之一。在JVM所管理的內存中，堆區是最大的一塊，堆區也是Java GC機制所管理的主要內存區域，堆區由所有線程共享，在虛擬機啟動時創建。堆區的存在是為了存儲對象實例，原則上講，所有的對象都在堆區上分配內存（不過現代技術里，也不是這么絕對的，也有棧上直接分配的）。

一般的，根據Java虛擬機規范規定，堆內存需要在邏輯上是連續的（在物理上不需要），在實現時，可以是固定大小的，也可以是可擴展的，目前主流的虛擬機都是可擴展的。如果在執行垃圾回收之后，仍沒有足夠的內存分配，也不能再擴展，將會拋出OutOfMemoryError:Java heap space異常。

5，方法區（Method Area）：在Java虛擬機規范中，將方法區作為堆的一個邏輯部分來對待，但事實上，方法區并不是堆（Non-Heap）；另外，不少人的博客中，將Java GC的分代收集機制分為3個代：青年代，老年代，永久代，這些作者將方法區定義為“永久代”，這是因為，對于之前的HotSpot Java虛擬機的實現方式中，將分代收集的思想擴展到了方法區，并將方法區設計成了永久代。不過，除HotSpot之外的多數虛擬機，并不將方法區當做永久代，HotSpot本身，也已經取消永久代。

方法區是各個線程共享的區域，用于存儲已經被虛擬機加載的類信息（即加載類時需要加載的信息，包括版本、field、方法、接口等信息）、final常量、靜態變量、編譯器即時編譯的代碼等。

6.直接內存（Direct Memory）：直接內存并不是JVM管理的內存，可以這樣理解，直接內存，就是JVM以外的機器內存，比如，你有4G的內存，JVM占用了1G，則其余的3G就是直接內存，JDK中有一種基于通道（Channel）和緩沖區（Buffer）的內存分配方式，將由C語言實現的native函數庫分配在直接內存中，用存儲在JVM堆中的DirectByteBuffer來引用。由于直接內存收到本機器內存的限制，所以也可能出現OutOfMemoryError的異常。

Java內存分配和回收的機制概括的說，就是：分代分配，分代回收。

為了進行高效的垃圾回收，虛擬機（我們將在下一節中詳細介紹java虛擬機）把堆內存劃分成新生代（Young Generation）、老年代（Old Generation）和永久代（Permanent Generation）3個區域。

新生代

新生代由 Eden 與 Survivor Space（S0，S1）構成，大小通過-Xmn參數指定，Eden 與 Survivor Space 的內存大小比例默認為8:1，可以通過-XX:SurvivorRatio 參數指定，比如新生代為10M 時，Eden分配8M，S0和S1各分配1M。

Eden：希臘語，意思為伊甸園，在圣經中，伊甸園含有樂園的意思，根據《舊約·創世紀》記載，上帝耶和華照自己的形像造了第一個男人亞當，再用亞當的一個肋骨創造了一個女人夏娃，并安置他們住在了伊甸園。

大多數情況下，對象在Eden中分配，當Eden沒有足夠空間時，會觸發一次Minor GC，虛擬機提供了-XX:+PrintGCDetails參數，告訴虛擬機在發生垃圾回收時打印內存回收日志。

Survivor：意思為幸存者，是新生代和老年代的緩沖區域。
當新生代發生GC（Minor GC）時，會將存活的對象移動到S0內存區域，并清空Eden區域，當再次發生Minor GC時，將Eden和S0中存活的對象移動到S1內存區域。

存活對象會反復在S0和S1之間移動，當對象從Eden移動到Survivor或者在Survivor之間移動時，對象的GC年齡自動累加，當GC年齡超過默認閾值15時，會將該對象移動到老年代，可以通過參數-XX:MaxTenuringThreshold 對GC年齡的閾值進行設置。

老年代

老年代的空間大小即-Xmx 與-Xmn 兩個參數之差，用于存放經過幾次Minor GC之后依舊存活的對象。當老年代的空間不足時，會觸發Major GC/Full GC，速度一般比Minor GC慢10倍以上。

永久代

在JDK8之前的HotSpot實現中，類的元數據如方法數據、方法信息（字節碼，棧和變量大小）、運行時常量池、已確定的符號引用和虛方法表等被保存在永久代中，32位默認永久代的大小為64M，64位默認為85M，可以通過參數-XX:MaxPermSize進行設置，一旦類的元數據超過了永久代大小，就會拋出OOM異常。

擬機團隊在JDK8的HotSpot中，把永久代從Java堆中移除了，并把類的元數據直接保存在本地內存區域（堆外內存），稱之為元空間。

如何判斷對象是否存活

GC動作發生之前，需要確定堆內存中哪些對象是存活的，一般有兩種方法：引用計數法和可達性分析法。

1、引用計數法
在對象上添加一個引用計數器，每當有一個對象引用它時，計數器加1，當使用完該對象時，計數器減1，計數器值為0的對象表示不可能再被使用。

引用計數法實現簡單，判定高效，但不能解決對象之間相互引用的問題。

2.可達性分析法
通過一系列稱為 “GC Roots” 的對象作為起點，從這些節點開始向下搜索，搜索路徑稱為 “引用鏈”，以下對象可作為GC Roots：

• 本地變量表中引用的對象
• 方法區中靜態變量引用的對象
• 方法區中常量引用的對象
• Native方法引用的對象

當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈時，意味著該對象可以被回收。

在可達性分析法中，判定一個對象objA是否可回收，至少要經歷兩次標記過程：
1、如果對象objA到 GC Roots沒有引用鏈，則進行第一次標記。
2、如果對象objA重寫了finalize()方法，且還未執行過，那么objA會被插入到F-Queue隊列中，由一個虛擬機自動創建的、低優先級的Finalizer線程觸發其finalize()方法。finalize()方法是對象逃脫死亡的最后機會，GC會對隊列中的對象進行第二次標記，如果objA在finalize()方法中與引用鏈上的任何一個對象建立聯系，那么在第二次標記時，objA會被移出“即將回收”集合。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JAVA GC的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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