Java内存管理

前一段时间粗略看了一下《深入Java虚拟机 第二版》，可能是因为工作才一年的原因吧，看着十分的吃力。毕竟如果具体到细节的话，Java虚拟机涉及的内容太多了。可能再过一两年去看会合适一些吧。

不过看了一遍《深入Java虚拟机》再来理解Java内存管理会好很多。接下来一起学习下Java内存管理吧。

请注意上图的这个：

我们再来复习下进程与线程吧：

进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器，一组寄存器和栈)，但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

似乎现在更好理解了一些：

方法区和堆是分配给进程的，也就是所有线程共享的。

而栈和程序计数器，则是分配给每个独立线程的，是运行过程中必不可少的资源。

下面我们逐个看下栈、堆、方法区和程序计数器。

1、方法区（Method Area）

方法区（Method Area）与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的应该是与Java堆区分开来。

2、程序计数器（Program Counter Register）

程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。在虚拟机的概念模型里（仅是概念模型，各种虚拟机可能会通过一些更高效的方式去实现），字节码解释器工作时就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖这个计数器来完成。

下面重点解下Java内存管理中的栈和堆。

3、栈（Stacks）

在Java中，JVM中的栈记录了线程的方法调用。每个线程拥有一个栈。在某个线程的运行过程中，如果有新的方法调用，那么该线程对应的栈就会增加一个存储单元，即帧(frame)。在frame中，保存有该方法调用的参数、局部变量和返回地址。

Java的参数和局部变量只能是基本类型的变量(比如int)，或者对象的引用(reference)。因此，在栈中，只保存有基本类型的变量和对象引用。引用所指向的对象保存在堆中。(引用可能为Null值，即不指向任何对象)。

当被调用方法运行结束时，该方法对应的帧将被删除，参数和局部变量所占据的空间也随之释放。线程回到原方法，继续执行。当所有的栈都清空时，程序也随之运行结束。

本地方法栈与虚拟机栈的区别：

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native方法服务。虚拟机规范中对本地方法栈中的方法使用的语言、使用方式与数据结构并没有强制规定，因此具体的虚拟机可以自由实现它。甚至有的虚拟机（譬如Sun HotSpot虚拟机）直接就把本地方法栈和虚拟机栈合二为一。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。

4、堆（Heap）

堆是JVM中一块可自由分配给对象的区域。当我们谈论垃圾回收(garbage collection)时，我们主要回收堆(heap)的空间。

Java的普通对象存活在堆中。与栈不同，堆的空间不会随着方法调用结束而清空。因此，在某个方法中创建的对象，可以在方法调用结束之后，继续存在于堆中。这带来的一个问题是，如果我们不断的创建新的对象，内存空间将最终消耗殆尽。

垃圾回收（Garbage Collection，GC）

垃圾回收(garbage collection，简称GC)可以自动清空堆中不再使用的对象。垃圾回收机制最早出现于1959年，被用于解决Lisp语言中的问题。垃圾回收是Java的一大特征。并不是所有的语言都有垃圾回收功能。比如在C/C++中，并没有垃圾回收的机制。程序员需要手动释放堆中的内存。

由于不需要手动释放内存，程序员在编程中也可以减少犯错的机会。利用垃圾回收，程序员可以避免一些指针和内存泄露相关的bug(这一类bug通常很隐蔽)。但另一方面，垃圾回收需要耗费更多的计算时间。垃圾回收实际上是将原本属于程序员的责任转移给计算机。使用垃圾回收的程序需要更长的运行时间。

在Java中，对象的是通过引用使用的(把对象相像成致命的毒物，引用就像是用于提取毒物的镊子)。如果不再有引用指向对象，那么我们就再也无从调用或者处理该对象。这样的对象将不可到达(unreachable)。垃圾回收用于释放不可到达对象所占据的内存。这是垃圾回收的基本原则。

早期的垃圾回收采用引用计数(reference counting)的机制。每个对象包含一个计数器。当有新的指向该对象的引用时，计数器加1。当引用移除时，计数器减1。当计数器为0时，认为该对象可以进行垃圾回收。

然而，一个可能的问题是，如果有两个对象循环引用(cyclic reference)，比如两个对象互相引用，而且此时没有其它(指向A或者指向B)的引用，我们实际上根本无法通过引用到达这两个对象。

因此，我们以栈和static数据为根(root)，从根出发，跟随所有的引用，就可以找到所有的可到达对象。也就是说，一个可到达对象，一定被根引用，或者被其他可到达对象引用。

5、再整理下

通常我们定义一个基本数据类型的变量，一个对象的引用，还有就是函数调用的现场保存都使用内存中的栈空间；

而通过new关键字和构造器创建的对象放在堆空间；

程序中的字面量（literal）如直接书写的100、”hello”和常量都是放在静态区中；

栈空间操作起来最快但是栈很小，通常大量的对象都是放在堆空间，理论上整个内存没有被其他进程使用的空间甚至硬盘上的虚拟内存都可以被当成堆空间来使用。