JVM回顾：Java虚拟机运行时数据区域划分、垃圾回收算法

2.运行时数据区域

Java虚拟机在程序执行过程中定义了多个数据区域，其中一些数据区域在Java虚拟机中machine 是被创建的，一旦创建就不会被销毁，直到虚拟机终止。根据Java虚拟机的定义，我们可以在数据区进行如下区分，分为：堆、Java虚拟机栈、程序计数器、方法区（元数据区、运行时常量池、本地方法栈）。下面我们将详细介绍每个区域的作用

2.1 程序计数器

程序计数器是线程私有区域，它是一小块内存，用于存储当前线程执行的字节码的指令地址如果执行的是本地方法（Native），计数器将为空（Undefined）。

2.2 Java虚拟机栈

Java虚拟机栈是线程的私有区域，生命周期是和线程一样，它存储的是栈帧（Stack Frame），栈帧会存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口、返回地址等信息。每个方法从调用到执行的过程对应进入虚拟机堆栈的堆栈帧。从入栈到出栈的过程。如果线程请求的堆栈深度大于虚拟机允许的最大深度，则会抛出StackOverflowError异常；如果应用程序堆栈内存不够，也会抛出OutOfMemoryError异常。

Jvm参数 
-Xss:栈空间大小；栈的空间大小决定了栈能创建的深度

栈结构如下：

2.3 本地方法栈

本地方法栈与Java方法栈非常相似。它们之间的主要区别在于，Java方法栈是为字节码服务提供的，而本地方法栈是为本地方法（用C语言实现）调用服务的。 Java虚拟机对本地方法栈所使用的语言、数据结构等没有强制的规则，因此虚拟机可以自行实现。 Sun HotSpot虚拟机将虚拟机堆栈和Java方法堆栈合二为一。本地方法堆栈也会像虚拟机堆栈一样抛出StackOverFlowError和OutOfMemoryError异常。

2.4 堆

Java 堆是所有线程共享的区域。堆用于存储几乎所有的对象实例和数组。人群按照一代的思想，可以分为新生代（YoungGeneration）和老一代（Old/Tenured Generation）。新生代又可以分为誓言、生存空间0（s0或来自空间）和生存空间1（s1或去空间）。我们用一个图来表示栈的划分：

eden区：新对象一般都放置在这个区域。除非是新创建一个大对象，如果区域装不下，就会直接存储在老年代（Tenured）。 S0和S1区域：位于该区域的对象至少经历过一次垃圾回收（Minor GC）。如果经历了多次聚集，达到规定次数后仍然存活，就会被转移到老年代。

Java虚拟机规范规定堆可以是物理上不连续的空间，只需要逻辑上连续即可。我们可以通过命令（-Xmx 和 -Xms）调整堆空间。如果使用的堆内存超过堆最大内存将会抛出 OutOfMemoryError 异常。

Jvm参数
 -Xmx:最大堆空间大小
 -Xms:最小堆空间大小
 -Xmn:新生代空间大小

2.5 方法区（元数据区）

方法区是线程共享的区域。用于存储虚拟机已经加载的类信息、常量池、静态变量、即时编译器编译的代码等数据。 。类信息包括类的全名、超类的全名、类型修饰符（public/protected/private）、类型的直接接口类表；常量池是指运行时常量池（后面会介绍）；方法区也称为非堆。

在Host Spot虚拟机实现中，方法区也称为永久区，是独立于Java堆的内存空间。虽然叫永久区，但是永久区中的对象也是可以被GC复用的（注：方法区是JVM的一种规范，永久区是具体的实现。在Java8中，永久区已经被相应地，JVM 参数 PermSize 和 MaxPermSize 替换为 MetaSpaceSize 和 MaxMetaSpaceSize ）。永久区GC的复用通常从两个方面来分析：一是GC永久区常量池的复用；二是GC的永久区常量池的复用。另一个是永久区中类元数据的复用。

当方法作用域无法满足内存分配要求时，会抛出OutOfMemoryError异常。

2.5.1 运行时常量池

运行时常量池是方法区的一部分。主要用于存储编译过程中生成的各种文字和符号引用。既然已经运行了。常量池当然可以存储运行时生成的常量。例如，调用 String.intern() 方法生成的字符串常量将被放入运行时池常量中。

3。垃圾判断算法

3.1 引用计数算法

引用计数方法的思想比较简单。每个对象都有一个引用计数器。只要该对象被引用，计数器就会+1。当不再引用该对象时，计数器减一。这个算法效率很高，但是有一个致命的缺陷，就是循环引用的问题。两个无用对象的相互引用会导致两个对象的计数器不为零，因此不能判断为无用对象，内存也无法复用。

3.2可达性分析算法

由于引用计数方法存在相互引用的缺陷，因此Java虚拟机采用可达性分析算法来确定垃圾对象。该算法的思想是使用一系列称为“GC Roots”的对象作为起点，并从这些起点向下搜索。搜索所覆盖的路径称为参考链。当一个对象到达 GC Roots 时没有任何引用链（从 GC Roots 到这个对象不可用）时，就意味着这个对象不可用并且不可重用。

可用作GC根的对象包括：

• 虚拟机堆栈中引用的对象（局部变量）。
• 方法范围内的类静态属性引用的对象（静态变量）。
• 方法范围内常量引用的对象（常量）。
• 本地方法栈中JNI（即本地方法）引用的对象。

那为什么上面四个对象可以作为GC root呢？

1。虚拟机栈中当前引用的对象，因为虚拟机栈中的对象随着线程的生命周期而存活，那么在垃圾求值期间当前线程仍然存活，也就是说栈中的对象仍然存活。有些对象肯定是活着的，所以它们可以用作 GC Roots。这同样适用于本地方法堆栈。

2。关于方法作用域中的静态变量引用和常量，我的理解是，使用方法作用域中的对象作为GC Roots并不一定意味着你将其中的所有对象都用作GC Roots，尽管Java虚拟机没有规定方法区必须被重用，但是这个区域在当前的JVM实现中是被重用的。由于方法范围也会重用“过时的常量”和“无用的类”，因此选择GC Roots只会选择方法范围内的有效对象。 。 “废弃常量”的判断比较简单。对于“无用类”的评估，Java虚拟机只会评估动态加载的类。对于最初加载的类，虚拟机永远不会自动删除它们。因此，判断一个动态加载的类是否无用，可以采用以下原则：

• 该类的所有实例都已被重用，并且堆上没有该类的实例。
• 该类的类加载器已被复用
• 该类对应的Java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，并且无法通过反射访问该类的方法。

4。垃圾收集算法

4.1 标记清除算法

标记清除算法分为“标记”和“清除”两个步骤。首先标记要回收的物品，标记完成后继续。废物收集总量。该算法有两个缺点： 1. 效率不高； 2、清除后会产生大量不连续的内存碎片。内存碎片会导致分配大对象时发现内存不足，从而抢先触发GC。

4.2 复制算法

上述清除标记的算法效率不高。为了解决这个问题，有一种复制算法。复制算法将内存容量分成两个相等的块，并且一次仅使用其中一个作为一块内存。使用完毕后，将幸存的对象复制到另一个内存块，然后清理原来的内存块。该算法的优点是内存分配不需要考虑碎片问题。只需要将内存指针移到堆顶，按顺序分配内存即可。但该算法的缺点是空间利用率不高。内存减少到原来的一半，一半的内存实际上没有被利用。

虽然内存利用率不高，但当前虚拟机中的新生代堆采用的是这种垃圾回收算法。上面我们提到新生代分为三个部分：伊甸空间、形态空间和二次空间。 From和to空间可以认为是两块大小相同、状态相同的空间进行复制，它们的角色可以互换。 from和to房间也称为survivor room，即幸存者房间，用于存放未回收的物品。

在垃圾回收期间，Eden 空间中的幸存项将被复制到未使用的 Survivor 空间（假设为 on），已使用的 Survivor 空间（假设为 off）中的年轻项也会被复制到 to。 space（大的item或者较老的item直接进入老年代，如果空间满了，item也会进入老年代）。此时，伊甸园中和空间中剩余的对象都是废弃对象，直接清空。他们在房间里存放了这次回收后幸存下来的物品。

4.3 标记压缩算法

复制算法只适合新生代，存活率较低。如果存活率高，则需要进行太多的复制操作，效率就会降低。老年代的存活率比较高，因此复制算法不太适合老年代的场景。之前提到的“标记-清除”算法，如果不产生内存碎片，还是可以满足老年代的。那么有没有什么方法可以不产生内存碎片呢？类似的片段算法怎么样？答案是肯定的，“标记排序”算法很实用。其核心思想是：首先标记可重用的对象，然后将所有幸存的对象移至一端，然后直接清理边界意外的内存区域。因为清理后，幸存的对象在一端紧密地堆积在一起，因此不会出现内存碎片。

8。总结

这篇文章我整理了Java虚拟机运行区域的划分，各个区域的作用，并分享了垃圾评估算法和垃圾回收算法。运行时数据区分为：程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区、运行时常量池。有文章提到Jdk1.7及更高版本从方法作用域中删除了运行时常量。这里我想说明一下，Java虚拟机规范仍然要求在方法区进行分配。这只是单个虚拟机的实现，例如Say Hot Spot虚拟机。

垃圾判断算法 目前，虚拟机主要采用可用性分析算法。垃圾收集算法包括“标记-清除”算法、“复制”算法和“标记-组织”算法。 “复制”算法更适合存活对象较少的新生代，“标记排序”算法更适合老年代。排序的目的是拥有连续的内存空间，防止过多的内存碎片存放大对象。