大家好，我是小米，一個熱愛技術分享的程序員。今天我想和大家一起聊一聊Java堆內存的劃分以及回收算法。

什么是堆內存

• 含義：是Java虛擬機管理的一塊內存區域，用來存放對象實例。Java中所有的對象實例都在堆內存中進行分配和回收。
• 價值：堆內存可以動態地分配內存空間，為程序提供了靈活的數據存儲方式。同時，由于Java虛擬機的自動垃圾回收機制，堆內存也為我們提供了更加方便和安全的內存管理方式。
• 存儲數據：主要包括各種Java對象和數組等。在Java中，通過new關鍵字可以在堆內存中分配新的對象實例。
• 相關命令：設置堆內存大小的命令是-Xmx，比如我們可以通過命令java -Xmx512m，將堆內存的大小設置為512MB。

堆內存如何劃分空間

Java堆內存可以根據年齡和大小等因素進行劃分。根據年齡，Java堆內存可以分為新生代和老年代兩部分。

新生代中又可以分為Eden區、Survivor區From和Survivor區To三部分。其中，Eden區用于存儲新生成的對象，Survivor區From和Survivor區To則用于存儲在Eden區中存活下來的對象。

默認情況下，新生代和老年代的比例是1:2，即新生代占整個Java堆內存的1/3，老年代占2/3。而在新生代中，Eden區和Survivor區的比例是8:1:1，即Eden區占整個新生代的80%，Survivor區From和Survivor區To各占整個新生代的10%。

這兩個比例的設置是為了兼顧新生代和老年代的內存使用情況。如果新生代的比例過小，可能會導致頻繁進行垃圾回收，而老年代的比例過大則可能會導致內存浪費。

我們可以通過設置-Xmn命令來調整新生代的大小，通過-XX:NewRatio命令來調整新生代和老年代的比例。

為什么永久代被移除

在JDK1.8之前，Java虛擬機中使用永久代來存放一些靜態數據和類信息等。但是由于永久代的內存使用和垃圾回收效率都不太理想，因此在JDK1.8中，永久代被移除了，并由元空間（Metaspace）來替代。

元空間是Java虛擬機中存放類元數據（Class Metadata）的區域，包括類的結構信息、字段、方法信息等。元空間的大小可以動態地進行調整，當需要存儲更多的類元數據時，元空間可以自動擴容。

相比于永久代，元空間的內存使用和垃圾回收效率都有了較大的提升。同時，由于元空間不再受到永久代大小的限制，因此可以更好地適應不同的應用場景。

設置元空間大小的命令是-XX:MaxMetaspaceSize。

標記-清除算法（Mark-Sweep）

Java堆內存中的對象實例是動態分配和回收的，Java虛擬機提供了多種不同的內存回收算法來滿足不同的內存管理需求。

標記-清除算法是最基礎的一種內存回收算法。其主要流程如下：

• 標記所有活躍對象。
• 清除所有未被標記的對象。

這種算法的缺點是會產生內存碎片，導致內存利用率降低。

復制算法（Copying）

復制算法是將內存分為兩部分，每次只使用其中一部分。當這部分內存用完后，將其中的活躍對象復制到另一部分中，然后清除這部分內存。

復制算法的優點是可以避免內存碎片，缺點是需要消耗額外的內存空間。

復制算法主要用于新生代內存回收。

標記-整理算法（Mark-Compact）

標記-整理算法是將內存分為兩部分，一部分存儲活躍對象，另一部分為未使用的內存空間。當內存空間不足時，先進行標記活躍對象，然后將活躍對象整理到未使用的內存空間中，最后清除未使用的內存空間。

標記-整理算法可以避免內存碎片，但其缺點是需要移動內存中的對象，因此效率較低。

標記-整理算法主要用于老年代內存回收。

分代回收算法

分代回收算法是根據對象的生命周期將內存分為不同的代，每個代使用不同的內存回收算法。

新生代中一般使用復制算法，由于新生代中大部分對象的生命周期很短，因此這種算法的效率較高。而老年代中一般使用標記-整理算法，由于老年代中存儲的對象生命周期較長，因此算法能夠有效地減少垃圾回收的次數，提高Java應用的性能。

G1算法

G1算法是一種面向服務端應用的垃圾回收算法。它將堆內存劃分為多個大小相等的區域（Region），每個區域既可以是新生代也可以是老年代。G1算法會根據應用程序的內存使用情況動態地調整各個區域的大小。

在G1算法中，垃圾回收器不再按照新生代和老年代的劃分進行垃圾回收，而是將整個堆空間一起考慮。G1算法使用了類似分代回收算法的思想，將堆空間分為多個區域，每個區域的回收策略可以不同，這樣就能夠更加靈活地進行內存回收。

G1算法的優點是能夠在保證垃圾回收效率的同時，避免了內存碎片的問題。同時，由于G1算法能夠動態調整各個區域的大小，因此可以更好地適應不同的應用場景。

綜上所述，Java虛擬機提供了多種不同的內存回收算法，每種算法都有其優缺點和適用場景。在實際應用中，需要根據具體的應用場景來選擇合適的垃圾回收算法，以便最大化地利用內存資源，提高應用程序的性能。

總結

本文詳細介紹了Java虛擬機中堆內存的劃分和回收算法。堆內存是Java虛擬機中用于存放對象的一塊內存區域，Java程序中所有new出來的對象都會被存放在堆內存中。為了更加高效地利用內存資源，Java虛擬機將堆內存劃分為新生代和老年代，并針對不同的內存區域采用不同的垃圾回收算法。

新生代中的垃圾回收算法主要有Serial、ParNew和G1算法。Serial算法是最基礎的垃圾回收算法，采用單線程進行垃圾回收。ParNew算法是Serial算法的多線程版本，在多核CPU上能夠更好地利用硬件資源，提高垃圾回收效率。G1算法是一種面向服務端應用的垃圾回收算法，能夠更好地適應不同的應用場景。

老年代中的垃圾回收算法主要有CMS和G1算法。CMS算法是一種基于標記-清除算法的垃圾回收算法，采用多線程進行垃圾回收，但存在碎片問題。G1算法則是一種更加靈活的垃圾回收算法，能夠避免內存碎片的問題。

在實際應用中，需要根據具體的應用場景來選擇合適的垃圾回收算法。同時，需要注意垃圾回收會對應用程序的性能產生影響，過度頻繁的垃圾回收可能會導致應用程序的性能下降。因此，在設計和開發Java應用程序時，需要根據實際情況來合理設置內存空間的大小和垃圾回收算法的選擇，以提高應用程序的性能和穩定性。