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Java記憶體管理

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不過看了一遍《深入java虛拟機》再來了解java記憶體管理會好很多。接下來一起學習下java記憶體管理吧。

Java記憶體管理

請注意上圖的這個:

Java記憶體管理

我們再來複習下程序與線程吧:

程序是具有一定獨立功能的程式關于某個資料集合上的一次運作活動,程序是系統進行資源配置設定和排程的一個獨立機關。

線程是程序的一個實體,是cpu排程和分派的基本機關,它是比程序更小的能獨立運作的基本機關。線程自己基本上不擁有系統資源,隻擁有一點在運作中必不可少的資源(如程式計數器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個程序的其他的線程共享程序所擁有的全部資源。

似乎現在更好了解了一些:

方法區和堆是配置設定給程序的,也就是所有線程共享的。

而棧和程式計數器,則是配置設定給每個獨立線程的,是運作過程中必不可少的資源。

下面我們逐個看下棧、堆、方法區和程式計數器。

1、方法區(method area)

方法區(method area)與java堆一樣,是各個線程共享的記憶體區域,它用于存儲已被虛拟機加載的類資訊、常量、靜态變量、即時編譯器編譯後的代碼等資料。雖然java虛拟機規範把方法區描述為堆的一個邏輯部分,但是它卻有一個别名叫做non-heap(非堆),目的應該是與java堆區分開來。

2、程式計數器(program counter register)

程式計數器(program counter register)是一塊較小的記憶體空間,它的作用可以看做是目前線程所執行的位元組碼的行号訓示器。在虛拟機的概念模型裡(僅是概念模型,各種虛拟機可能會通過一些更高效的方式去實作),位元組碼解釋器工作時就是通過改變這個計數器的值來選取下一條需要執行的位元組碼指令,分支、循環、跳轉、異常處理、線程恢複等基礎功能都需要依賴這個計數器來完成。

下面重點解下java記憶體管理中的棧和堆。

3、棧(stacks)

在java中,jvm中的棧記錄了線程的方法調用。每個線程擁有一個棧。在某個線程的運作過程中,如果有新的方法調用,那麼該線程對應的棧就會增加一個存儲單元,即幀(frame)。在frame中,儲存有該方法調用的參數、局部變量和傳回位址。

java的參數和局部變量隻能是基本類型的變量(比如int),或者對象的引用(reference)。是以,在棧中,隻儲存有基本類型的變量和對象引用。引用所指向的對象儲存在堆中。(引用可能為null值,即不指向任何對象)。

當被調用方法運作結束時,該方法對應的幀将被删除,參數和局部變量所占據的空間也随之釋放。線程回到原方法,繼續執行。當所有的棧都清空時,程式也随之運作結束。

本地方法棧與虛拟機棧的差別:

4、堆(heap)

堆是jvm中一塊可自由配置設定給對象的區域。當我們談論垃圾回收(garbage collection)時,我們主要回收堆(heap)的空間。

java的普通對象存活在堆中。與棧不同,堆的空間不會随着方法調用結束而清空。是以,在某個方法中建立的對象,可以在方法調用結束之後,繼續存在于堆中。這帶來的一個問題是,如果我們不斷的建立新的對象,記憶體空間将最終消耗殆盡。

垃圾回收(garbage collection,gc)

垃圾回收(garbage collection,簡稱gc)可以自動清空堆中不再使用的對象。垃圾回收機制最早出現于1959年,被用于解決lisp語言中的問題。垃圾回收是java的一大特征。并不是所有的語言都有垃圾回收功能。比如在c/c++中,并沒有垃圾回收的機制。程式員需要手動釋放堆中的記憶體。

由于不需要手動釋放記憶體,程式員在程式設計中也可以減少犯錯的機會。利用垃圾回收,程式員可以避免一些指針和記憶體洩露相關的bug(這一類bug通常很隐蔽)。但另一方面,垃圾回收需要耗費更多的計算時間。垃圾回收實際上是将原本屬于程式員的責任轉移給計算機。使用垃圾回收的程式需要更長的運作時間。

在java中,對象的是通過引用使用的(把對象相像成緻命的毒物,引用就像是用于提取毒物的鑷子)。如果不再有引用指向對象,那麼我們就再也無從調用或者處理該對象。這樣的對象将不可到達(unreachable)。垃圾回收用于釋放不可到達對象所占據的記憶體。這是垃圾回收的基本原則。

早期的垃圾回收采用引用計數(reference counting)的機制。每個對象包含一個計數器。當有新的指向該對象的引用時,計數器加1。當引用移除時,計數器減1。當計數器為0時,認為該對象可以進行垃圾回收。

然而,一個可能的問題是,如果有兩個對象循環引用(cyclic reference),比如兩個對象互相引用,而且此時沒有其它(指向a或者指向b)的引用,我們實際上根本無法通過引用到達這兩個對象。

是以,我們以棧和static資料為根(root),從根出發,跟随所有的引用,就可以找到所有的可到達對象。也就是說,一個可到達對象,一定被根引用,或者被其他可到達對象引用。

5、再整理下

通常我們定義一個基本資料類型的變量,一個對象的引用,還有就是函數調用的現場儲存都使用記憶體中的棧空間;

而通過new關鍵字和構造器建立的對象放在堆空間;

程式中的字面量(literal)如直接書寫的100、”hello”和常量都是放在靜态區中;

棧空間操作起來最快但是棧很小,通常大量的對象都是放在堆空間,理論上整個記憶體沒有被其他程序使用的空間甚至硬碟上的虛拟記憶體都可以被當成堆空間來使用。