Java開發有個很基礎的問題，雖然我們平時接觸的不多，但是了解它卻成為Java開發的必備基礎——這就是JVM。在C++中我們需要手動申請內存然后釋放內存，否則就會出現對象已經不再使用內存卻仍被占用的情況。在Java中JVM內置了垃圾回收的機制，幫助開發者承擔對象的創建和釋放的工作，極大的減輕了開發的負擔。那是不是我們就不需要了解JVM了，顯然在做一些優化或者深入研究應用性能的時候，JVM還是起了很關鍵的作用的。因此本篇就總結性的描述下JVM的內存模型與垃圾回收相關的知識。
本文的主要內容如下：
- 內存模型
- 垃圾回收
- 參考文章
內存模型
各部分的功能
這幾個存儲區最主要的就是棧區和堆區，那么什么是棧什么是堆呢？說的簡單點，棧里面存放的是基本的數據類型和引用，而堆里面則是存放各種對象實例的。
堆與棧分開設計是為什么呢？
- 棧存儲了處理邏輯、堆存儲了具體的數據，這樣隔離設計更為清晰
- 堆與棧分離，使得堆可以被多個棧共享。
- 棧保存了上下文的信息，因此只能向上增長；而堆是動態分配
棧的大小可以通過-XSs設置，如果不足的話，會引起java.lang.StackOverflowError的異常
棧區
線程私有，生命周期與線程相同。每個方法執行的時候都會創建一個棧幀（stack frame）用於存放 局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口。
堆
存放對象實例，所有的對象的內存都在這里分配。垃圾回收主要就是作用於這里的。
- 堆得內存由-Xms指定，默認是物理內存的1/64；最大的內存由-Xmx指定，默認是物理內存的1/4。
- 默認空余的堆內存小於40%時，就會增大，直到-Xmx設置的內存。具體的比例可以由-XX:MinHeapFreeRatio指定
- 空余的內存大於70%時，就會減少內存，直到-Xms設置的大小。具體由-XX:MaxHeapFreeRatio指定。
因此一般都建議把這兩個參數設置成一樣大，可以避免JVM在不斷調整大小。
程序計數器
這里記錄了線程執行的字節碼的行號，在分支、循環、跳轉、異常、線程恢復等都依賴這個計數器。
方法區
類型信息、字段信息、方法信息、其他信息
總結
| 名稱 | 特征 | 作用 | 配置 | 異常 |
|---|---|---|---|---|
| 棧區 | 線程私有，使用一段連續的內存空間 | 存放局部變量表、操作棧、動態鏈接、方法出口 | -XSs | StackOverflowError OutOfMemoryError |
| 堆 | 線程共享，生命周期與虛擬機相同 | 保存對象實例 | -Xms -Xmx -Xmn | OutOfMemoryError |
| 程序計數器 | 線程私有、占用內存小 | 字節碼行號 | 無 | 無 |
| 方法區 | 線程共享 | 存儲類加載信息、常量、靜態變量等 | -XX:PermSize -XX:MaxPermSize | OutOfMemoryError |
垃圾回收
如何定義垃圾
有兩種方式，一種是引用計數（但是無法解決循環引用的問題）；另一種就是可達性分析。
判斷對象可以回收的情況：
- 顯示的把某個引用置位NULL或者指向別的對象
- 局部引用指向的對象
- 弱引用關聯的對象
垃圾回收的方法
Mark-Sweep標記-清除算法
這種方法優點就是減少停頓時間，但是缺點是會造成內存碎片。
Copying復制算法
這種方法不涉及到對象的刪除，只是把可用的對象從一個地方拷貝到另一個地方，因此適合大量對象回收的場景，比如新生代的回收。
Mark-Compact標記-整理算法
這種方法可以解決內存碎片問題，但是會增加停頓時間。
Generational Collection 分代收集
最后的這種方法是前面幾種的合體，即目前JVM主要采取的一種方法，思想就是把JVM分成不同的區域。每種區域使用不同的垃圾回收方法。
上面可以看到堆分成兩個個區域：
- 新生代(Young Generation)：用於存放新創建的對象，采用復制回收方法，如果在s0和s1之間復制一定次數后，轉移到年老代中。這里的垃圾回收叫做minor GC;
- 年老代(Old Generation)：這些對象垃圾回收的頻率較低，采用的標記整理方法，這里的垃圾回收叫做 major GC。
這里可以詳細的說一下新生代復制回收的算法流程：
在新生代中，分為三個區：Eden, from survivor, to survior。
- 當觸發minor GC時，會先把Eden中存活的對象復制到to Survivor中；
- 然后再看from survivor，如果次數達到年老代的標准，就復制到年老代中；如果沒有達到則復制到to survivor中，如果to survivor滿了，則復制到年老代中。
- 然后調換from survivor 和 to survivor的名字，保證每次to survivor都是空的等待對象復制到那里的。
垃圾回收器
串行收集器 Serial
這種收集器就是以單線程的方式收集，垃圾回收的時候其他線程也不能工作。
並行收集器 Parallel
以多線程的方式進行收集
並發標記清除收集器 Concurrent Mark Sweep Collector, CMS
大致的流程為：初始標記--並發標記--重新標記--並發清除
G1收集器 Garbage First Collector
大致的流程為：初始標記--並發標記--最終標記--篩選回收
