在Java中，它的內存管理包括兩方面：內存分配（創建Java對象的時候）和內存回收，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++直接操作內存的危險。但是，也正因為內存管理完全由JVM負責，所以也使Java很多程序員不再關心內存分配，導致很多程序低效，耗內存。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，充分利用有限的內存的程序。

1.Java在內存中的狀態

首先我們先寫一個代碼為例子：

Person.java

package test;  
 import java.io.Serializable;  
 public class Person implements Serializable {  
     static final long serialVersionUID = 1L;  
     String name; // 姓名  
     Person friend;    //朋友  
     public Person() {}   
     public Person(String name) {  
         super();  
         this.name = name;  
     }  
 } 

Test.java

package test;  
   
 public class Test{  
    
     public static void main(String[] args) {  
         Person p1 = new Person("Kevin");  
         Person p2 = new Person("Rain");  
         Person p3 = new Person("Sunny");  
            
         p1.friend = p2;  
         p3 = p2;  
         p2 = null;  
     }  
 } 

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）：

當程序運行起來之后，把它在內存中的狀態看成是有向圖后，可以分為三種：

1）可達狀態：在一個對象創建后，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。

2）可恢復狀態：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，此時從有向圖的起始頂點不能再導航到該對象。在這個狀態下，系統的垃圾回收機制準備回收該對象的所占用的內存，在回收之前，系統會調用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為可達狀態；否則就會進入不可達狀態。

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

上述三種狀態的轉換圖如下：

2.Java對對象的4種引用

1）強引用 ：創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，eg : SoftReference<Person> p = new SoftReference<Person>(new Person(“Rain”));,內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被回收了。

3）弱引用 ：通過WeakReference類實現，eg : WeakReference<Person> p = new WeakReference<Person>(new Person(“Rain”));不管內存是否足夠，系統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。通過PhantomReference類和引用隊列ReferenceQueue類聯合使用實現，eg ：

package test;  
    
 import java.lang.ref.PhantomReference;  
 import java.lang.ref.ReferenceQueue;  
    
    
 public class Test{  
    
     public static void main(String[] args) {  
         //創建一個對象  
         Person person = new Person("Sunny");      
         //創建一個引用隊列      
         ReferenceQueue<Person> rq = new ReferenceQueue<Person>();  
         //創建一個虛引用，讓此虛引用引用到person對象  
         PhantomReference<Person> pr = new PhantomReference<Person>(person, rq);  
         //切斷person引用變量和對象的引用  
         person = null;  
         //試圖取出虛引用所引用的對象  
         //發現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  
         System.out.println(pr.get());  
         //強制垃圾回收  
         System.gc();  
         System.runFinalization();  
         //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  
         //所以用隊列中最先進入隊列中引用與pr進行比較，輸出true  
         System.out.println(rq.poll() == pr);  
     }  
 } 

運行結果：

#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有多少個CPU，始終只用一個CPU來執行垃圾回收操作，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。并行回收的執行效率很高，但復雜度增加，另外也有一些副作用，如內存隨便增加。

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

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存全部回收，減少了內存碎片。

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，第二次便利整個內存區域，對未標記可達狀態的對象進行回收處理。這種回收方式不壓縮，不需要額外內存，但要兩次遍歷，會產生碎片

③復制式的垃圾回收器：將堆內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存。

3.2堆內存的分代回收

1）分代回收的依據：

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) 堆內存的分代：

①Young代 ：

Ⅰ回收機制 ：因為對象數量少，所以采用復制回收。

Ⅱ組成區域 ：由1個Eden區和2個Survivor區構成，同一時間的兩個Survivor區，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，From中的可達對象復制到To區域中，一些生存時間長的就復制到了老年代，接著清除Eden，From空間，最后原來的To空間變為From空間，原來的From空間變為To空間。

Ⅲ對象來源 ：絕大多數對象先分配到Eden區，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，因此回收頻率高且回收速度快

②Old代 ：

Ⅰ回收機制 ：采用標記壓縮算法回收。

Ⅱ對象來源 ：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對象來源 ：eg：對于像Hibernate，Spring這類喜歡AOP動態生成類的框架，往往會生成大量的動態代理類，因此需要更多的Permanent代內存。所以我們經常在調試Hibernate，Spring的時候經常遇到java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space的錯誤，這就是Permanent代內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域，然后進行標記壓縮算法：

① 將Old代劃分成幾個固定區域；

② mark階段（多線程并行），標記可達對象；

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

④ compact階段（多線程并行），識別出需要裝填的區域，多線程并行的把數據復制到這些區域中。經此過程后，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而漏掉的對象（簡單的說就是防遺漏）

④ 并發清理（程序運行）

4.內存管理小技巧

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）盡量少使用靜態變量;

5）緩存常用的對象:可以使用開源的開源緩存實現，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。

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