Java 运行时内存分析

Java 运行时内存总结！

内存管理

Java 的内存管理主要由 Java 虚拟机（JVM）自动处理，开发者无需手动分配和释放内存。Java 的内存模型主要分为以下几个部分：

• 方法区（Method Area）：存储类结构信息、常量池、静态变量等。
• 堆（Heap）：存储对象实例，是垃圾回收的主要区域。
• 栈（Stack）：存储方法的局部变量、操作数栈、方法返回地址等。
• 程序计数器（Program Counter Register）：指示当前线程执行的字节码指令地址。
• 本地方法栈（Native Method Stack）：为本地方法服务。

堆内存结构

堆内存进一步细分为：

• 新生代（Young Generation）：包括 Eden 区和两个 Survivor 区（S0 和 S1）。新创建的对象通常先分配到 Eden 区。
• 老年代（Old Generation）：存放经过多次垃圾回收后依然存活的对象。

垃圾回收（Garbage Collection）

垃圾回收是 JVM 自动管理内存的重要机制，主要任务是识别和回收不再使用的对象，释放其占用的内存。垃圾回收主要包括以下几个步骤：

对象存活判断

• 引用计数法：每个对象有一个引用计数器，当引用计数器为 0 时，对象被判定为垃圾。但这种方法无法处理循环引用问题。
• 可达性分析（Reachability Analysis）：从 GC Roots 开始，搜索从根节点出发的所有引用路径，可达的对象被判定为存活，反之则为垃圾。GC Roots 通常包括：
  • 虚拟机栈中引用的对象。
  • 方法区中类静态属性引用的对象。
  • 方法区中常量引用的对象。
  • 本地方法栈中 JNI 引用的对象。

垃圾回收算法

• 标记-清除（Mark-Sweep）：标记所有存活的对象，然后清除未标记的对象。缺点是可能会产生内存碎片。
• 标记-整理（Mark-Compact）：在标记-清除的基础上，整理存活对象，移动到一端，避免内存碎片。
• 复制（Copying）：将内存分为两块，每次只使用其中一块，当这一块用完时，将存活对象复制到另一块，然后清理已使用的那一块。
• 分代收集（Generational Collection）：根据对象存活周期的不同，将内存分为新生代和老年代，分别采用不同的垃圾回收算法。

垃圾回收器

JVM 提供了多种垃圾回收器，每种都有其适用场景：

• Serial 收集器：单线程收集器，适用于单核 CPU 环境。
• ParNew 收集器：Serial 收集器的多线程版本。
• Parallel Scavenge 收集器：关注吞吐量，适用于后台计算而不需要太多交互的场景。
• CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器：关注最短回收停顿时间，适用于对响应时间有要求的应用。
• G1（Garbage First）收集器：面向服务端应用，目标是在延迟可控的情况下获得尽可能高的吞吐量。

垃圾回收触发条件

• 分配内存时 Eden 区已满：触发 Minor GC（新生代垃圾回收）。
• 老年代空间不足：触发 Full GC（全量垃圾回收）。
• 方法区空间不足：触发 Full GC。
• System.gc() 方法调用：建议 JVM 执行 Full GC，但不保证执行。

Java 的内存管理和垃圾回收机制大大减轻了开发者的负担，但理解其工作原理有助于优化程序性能和调试内存问题。