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

什么是堆內(nèi)存

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

堆內(nèi)存如何劃分空間

Java堆內(nèi)存可以根據(jù)年齡和大小等因素進(jìn)行劃分。根據(jù)年齡，Java堆內(nèi)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(qū)、Survivor區(qū)From和Survivor區(qū)To三部分。其中，Eden區(qū)用于存儲新生成的對象，Survivor區(qū)From和Survivor區(qū)To則用于存儲在Eden區(qū)中存活下來的對象。

默認(rèn)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(nèi)存的1/3，老年代占2/3。而在新生代中，Eden區(qū)和Survivor區(qū)的比例是8:1:1，即Eden區(qū)占整個新生代的80%，Survivor區(qū)From和Survivor區(qū)To各占整個新生代的10%。

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

我們可以通過設(shè)置-Xmn命令來調(diào)整新生代的大小，通過-XX:NewRatio命令來調(diào)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(jī)中使用永久代來存放一些靜態(tài)數(shù)據(jù)和類信息等。但是由于永久代的內(nèi)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(jī)中存放類元數(shù)據(jù)（Class Metadata）的區(qū)域，包括類的結(jié)構(gòu)信息、字段、方法信息等。元空間的大小可以動態(tài)地進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)需要存儲更多的類元數(shù)據(jù)時，元空間可以自動擴(kuò)容。

相比于永久代，元空間的內(nèi)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(yīng)不同的應(yīng)用場景。

設(shè)置元空間大小的命令是-XX:MaxMetaspaceSize。

標(biāo)記-清除算法（Mark-Sweep）

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

標(biāo)記-清除算法是最基礎(chǔ)的一種內(nèi)存回收算法。其主要流程如下：

• 標(biāo)記所有活躍對象。
• 清除所有未被標(biāo)記的對象。

這種算法的缺點是會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，導(dǎo)致內(nèi)存利用率降低。

復(fù)制算法（Copying）

復(fù)制算法是將內(nèi)存分為兩部分，每次只使用其中一部分。當(dāng)這部分內(nèi)存用完后，將其中的活躍對象復(fù)制到另一部分中，然后清除這部分內(nèi)存。

復(fù)制算法的優(yōu)點是可以避免內(nèi)存碎片，缺點是需要消耗額外的內(nèi)存空間。

復(fù)制算法主要用于新生代內(nèi)存回收。

標(biāo)記-整理算法（Mark-Compact）

標(biāo)記-整理算法是將內(nèi)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(nèi)存空間。當(dāng)內(nèi)存空間不足時，先進(jìn)行標(biāo)記活躍對象，然后將活躍對象整理到未使用的內(nèi)存空間中，最后清除未使用的內(nèi)存空間。

標(biāo)記-整理算法可以避免內(nèi)存碎片，但其缺點是需要移動內(nèi)存中的對象，因此效率較低。

標(biāo)記-整理算法主要用于老年代內(nèi)存回收。

分代回收算法

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

新生代中一般使用復(fù)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(biāo)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(shù)，提高Java應(yīng)用的性能。

G1算法

G1算法是一種面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾回收算法。它將堆內(nèi)存劃分為多個大小相等的區(qū)域（Region），每個區(qū)域既可以是新生代也可以是老年代。G1算法會根據(jù)應(yīng)用程序的內(nèi)存使用情況動態(tài)地調(diào)整各個區(qū)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(jìn)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(qū)域，每個區(qū)域的回收策略可以不同，這樣就能夠更加靈活地進(jìn)行內(nèi)存回收。

G1算法的優(yōu)點是能夠在保證垃圾回收效率的同時，避免了內(nèi)存碎片的問題。同時，由于G1算法能夠動態(tài)調(diào)整各個區(qū)域的大小，因此可以更好地適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

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

總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了Java虛擬機(jī)中堆內(nèi)存的劃分和回收算法。堆內(nèi)存是Java虛擬機(jī)中用于存放對象的一塊內(nèi)存區(qū)域，Java程序中所有new出來的對象都會被存放在堆內(nèi)存中。為了更加高效地利用內(nèi)存資源，Java虛擬機(jī)將堆內(nèi)存劃分為新生代和老年代，并針對不同的內(nèi)存區(qū)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(chǔ)的垃圾回收算法，采用單線程進(jìn)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(wù)端應(yīng)用的垃圾回收算法，能夠更好地適應(yīng)不同的應(yīng)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(biāo)記-清除算法的垃圾回收算法，采用多線程進(jìn)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(nèi)存碎片的問題。

在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的應(yīng)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(yīng)用程序的性能產(chǎn)生影響，過度頻繁的垃圾回收可能會導(dǎo)致應(yīng)用程序的性能下降。因此，在設(shè)計和開發(fā)Java應(yīng)用程序時，需要根據(jù)實際情況來合理設(shè)置內(nèi)存空間的大小和垃圾回收算法的選擇，以提高應(yīng)用程序的性能和穩(wěn)定性。