面向对象的内存分析

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• 面向对象的内存分析
• • 学习目的：
  • **从属于线程的内存区域**
  • 堆（heap）
  • 方法区（Method Area）
  • 运行时常量池(Run-Time Constant Pool)(方法区中)
  • 直接内存(Direct Memory)
  • **虚拟机栈(简称:栈)的特点如下**:
  • • **堆的特点如下:**
    • **方法区(又叫静态区,也是堆）特点如下:**
    • • **person类**
      • **Student类**
• 垃圾回收机制(Garbage Collectiop)
• • **垃圾回收原理和算法**
  • • **·内存管理**
    • **·垃圾回收过程**
    • 垃圾回收相关算法
    • • 1.引用计数法
      • 2.引用可达法(根搜索算法)
    • 通用的分代垃圾回收机制
    • • 1.年轻代
      • 2.年老代
      • 3.永久代

学习目的：

通过分析内存帮助理解，而不是为了分析而分析，把问题搞复杂

从属于线程的内存区域

JVM的内存划分中，有部分区域是线程私有的，有部分是属于整个JVM进程；我们将这部分归为一类

1.程序计数器（Program Counter Register）,在JVM规范中，每个线程都有自己的程序计数器。这是一块很小的内存空间，存储当前线程正在执行的java方法的JVM指令地址，即字节码的行号。如果正在执行Native方法，则这个计数器为空。

2.JAVA虚拟机栈（Java Vire Machine Stack）(JAVA栈),同样也是属于线程私有区域，每个线程在创建的时候都会创建一个虚拟机栈，生命周期与线程一致，线程退出时，线程的虚拟机栈也回收。虚拟机栈内部保持一个个的栈帧(frame)，每次方法调用都会进行压栈，JVM对栈帧的操作只有出栈和压栈两种，方法调用结束时会进行出栈操作。该区域存储着局部变量表，编译时期可知的各种基本类型数据、对象引用、方法出口等信息。
栈帧结构图：

3.本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈类似，本地方法栈是在调用本地方法时使用的栈，每个线程都有一个本地方法栈。

堆（heap）

        堆(Heap),几乎所有创建的Java对象实例，都是被直接分配到堆上的。堆被所有的线程所共享，在堆上的区域，会被垃圾回收器做进一步划分，例如新生代、老年代的划分。Java 虚拟机在启动的时候，可以使用“Xmx”之类的参数指定堆区域的大小。

新生代，老年代的划分是为了快速地做垃圾回收

方法区（Method Area）

方法区与堆一样，也是所有的线程所共享，存储被虚拟机加载的元 (Meta)数据，包括类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
方法区是一种java虚拟机的规范。由于方法区存储的数据和堆中存储的数据一致，实质上也是堆，因此，在不同的JDK版本中方法区的实现方式不一样。
JDK7以前，方法区就是堆中的“永久代”。
JDK7开始去“永久代”，把静态变量、字符串常量池都挪到了堆内存中。
JDK8以后，“永久代”不存在了。存储的类信息、编译后的代码数据等已经移动到了MetaSpace(元空间)中，元空间并没有处于堆内存上，而是（直接内存）直接占用的本地内存(NativeMemory) .

运行时常量池(Run-Time Constant Pool)(方法区中)

这是方法区的一部分。常量池主要存放两大类常量:
1.字面量(Literal)，如文本字符串、final常量值。
⒉.符号引用，存放了与编译相关的一些常量，因为Java不像C++那样有连接的过程，因此字段方法这些符号引用在运行期就需要进行转换，以便得到真正的内存入口地址。

直接内存(Direct Memory)

直接内存并不属于Java规范规定的属于Java 虚拟机运行时数据区的一部分。Java的NIO可以使用Native方法直接在java堆外分配内存，使用DirectByteBuffer对象作为这个堆外内存的引用。

虚拟机栈(简称:栈)的特点如下:

1．栈描述的是方法执行的内存模型。每个方法被调用都会创建一个栈帧(存储局部变
量、操作数、方法出口等)
2.JVM为每个线程创建一个栈，用于存放该线程执行方法的信息（实际参数、局部变
量等)
3．栈属于线程私有，不能实瑰线程间的共享!
4．栈的存储特性是“先进后出，后进先出”
5．栈是由系统自动分配，速度快!栈是一个连续的内存空间!

堆的特点如下:

1.堆用于存储创建好的对象和数组(数组也是对象)
2.JVM只有一个堆，被所有线程共享
3．堆是一个不连续的内存空间，分配灵活，速度慢!

方法区(又叫静态区,也是堆）特点如下:

1．方法区是JAVA虚拟机规范，可以有不同的实现。

i.JD7以前是“永久代”
ii JDK7部分去除“永久代”，静态变量、字符串常量池都挪到了堆内存中
iii.JDK8是“元数据空间”和堆结合起来。

2.JVM只有一个方法区，被所有线程共享!
3．方法区实际也是堆，只是用于存储类、常量相关的信息!
4．用来存放程序中永远是不变或唯一的内容。(类信息【Class 对象，反射机制中会
重点讲授】、静态变量、字符串常量等)

person类

public class Person {
    String name;
    int age;
    public void show(){
        System.out.println("姓名"+ name+"年龄"+age);
    }
}

Student类

public class Student {
    public static void main(String[] args) {
        Person student1 = new Person();
        student1.age=24;
        student1.name="张三";
        student1.show();
        Person student2 = new Person();
        student2.age=25;
        student2.name="李四";
        student2.show();
    }
}

垃圾回收机制(Garbage Collectiop)

		Java引入了垃圾回收机制，令C+程序员最头疼的内存管理问题迎刃而解。Java程序员可以将更多的精力放到业务逻辑上而不是内存管理工作上，大大的提高了开发效率。

垃圾回收原理和算法

·内存管理

Java的内存管理很大程度指的就是:堆中对象的管理，其中包括对象空间的分配和释放。
对象空间的分配:使用new关键字创建对象即可
对象空间的释放:将对象赋值nul即可。垃圾回收器将负责回收所有”不可达”对象的内存空间。

·垃圾回收过程

任何一种垃圾回收算法一般要做两件基本事情:
1.发现无用的对象
2.回收无用对象占用的内存空间。
垃圾回收机制保证可以将“无用的对象”进行回收。无用的对象指的就是没有任何变量
引用该对象。Java的垃圾回收器通过相关算法发现无用对象，并进行清除和整理。

垃圾回收相关算法

1.引用计数法

堆中的每个对象都对应一个引用计数器，当有引用指向这个对象时，引用计数器加1，而当指向该对象的引用失效时(引用变为null)，引用计数器减1，最后如果该对象的引用计算器的值为0时,则Java垃圾回收器会认为该对象是无用对象并对其进行回收。优点是算法简单，缺点是”循环引用的无用对象“无法识别。

2.引用可达法(根搜索算法)

程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT 开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。

通用的分代垃圾回收机制

分代垃圾回收机制，是基于这样一个事实:不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的回收算法，以便提高回收效率。我们将对象分为三种状态:年轻代、年老代、持久代。同时，将处于不同状态的对象放到堆中不同的区域。JVM将堆内存划分为Eden、Survivor和Tenured/Old空间。

1.年轻代

所有新生成的对象首先都是放在Eden 区。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象，对应的是 Minor GC（启动快，专门负责Eden区），每次Minor GC会清理年轻代的内存，算法采用效率较高的复制算法，频繁的操作，但是会浪费内存空间。当“年轻代"区域存放满对象后，就将对象存放到年老代区域。

2.年老代

在年轻代中经历了N(默认15)次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。年老代对象越来越多，我们就需要启动Major GC和Full GC(全量回收)，来一次大扫除，全面清理年轻代区域和年老代区域。

3.永久代

用于存放静态文件，如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响。JDK7以前就是“方法区”的一种实现。JDK8 以后已经没有“永久代”了，使用metaspace元数据空间和堆替代。

Minor GC:
用于清理年轻代区域。Eden区满了就会触发一次Minor GC。清理无用对象，将有用对象复制到“Survivor1” .“Survivor2”区中。
Major GC:
用I清理老年代区域。
Full GC:
用于清理年轻代、年老代区域。成本较高，会对系统性能产生影响。
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参考文献：
北京尚学堂java课程教学视频资料