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在Java中,它的内存管理包括两方面:内存分配(创建Java对象的时候)和内存回收,这 两方面工作都是由JVM自动完成的,降低了Java程序员的学习难度,避免了像C/C++直接操作内存的危险。但是,也正因为内存管理完全由JVM负责, 所以也使Java很多程序员不再关心内存分配,导致很多程序低效,耗内存。因此就有了Java程序员到最后应该去了解JVM,才能写出更高效,充分利用有 限的内存的程序。
1.Java在内存中的状态
首先我们先写一个代码为例子:
Person.java
1 package test; 2 3 import java.io.Serializable; 4 5 public class Person implements Serializable { 6 7 static final long serialVersionUID = 1L; 8 9 String name; // 姓名 10 11 Person friend; //朋友 12 13 public Person() {} 14 15 public Person(String name) { 16 super(); 17 this.name = name; 18 } 19 }
Test.java
1 package test; 2 3 4 public class Test{ 5 6 public static void main(String[] args) { 7 Person p1 = new Person("Kevin"); 8 Person p2 = new Person("Rain"); 9 Person p3 = new Person("Sunny"); 10 11 p1.friend = p2; 12 p3 = p2; 13 p2 = null; 14 } 15 }
把上面Test.java中main方面里面的对象引用画成一个从main方法开始的对象引用图的话就是这样的(顶点是对象和引用,有向边是引用关系):
当程序运行起来之后,把它在内存中的状态看成是有向图后,可以分为三种:
1)可达状态:在一个对象创建后,有一个以上的引用变量引用它。在有向图中可以从起始顶点导航到该对象,那它就处于可达状态。
2)可恢复状态:如果程序中某个对象不再有任何的引用变量引用它,它将先进入可恢复状态,此时从有向图的起始顶 点不能再导航到该对象。在这个状态下,系统的垃圾回收机制准备回收该对象的所占用的内存,在回收之前,系统会调用finalize()方法进行资源清理, 如果资源整理后重新让一个以上引用变量引用该对象,则这个对象会再次变为可达状态;否则就会进入不可达状态。
3)不可达状态:当对象的所有关联都被切断,且系统调用finalize()方法进行资源清理后依旧没有使该对象变为可达状态,则这个对象将永久性失去引用并且变成不可达状态,系统才会真正的去回收该对象所占用的资源。
上述三种状态的转换图如下:
2.Java对对象的4种引用
1)强引用 :创建一个对象并把这个对象直接赋给一个变量,eg :Person person = new Person("sunny"); 不管系统资源有么的紧张,强引用的对象都绝对不会被回收,即使他以后不会再用到。
2)软引用 :通过SoftReference类实现,eg : SoftReference<Person> p = new SoftReference<Person>(new Person("Rain"));,内存非常紧张的时候会被回收,其他时候不会被回收,所以在使用之前要判断是否为null从而判断他是否已经被回收了。
3)弱引用 :通过WeakReference类实现,eg : WeakReference<Person> p = new WeakReference<Person>(new Person("Rain"));不管内存是否足够,系统垃圾回收时必定会回收。
4)虚引用 :不能单独使用,主要是用于追踪对象被垃圾回收的状态。通过PhantomReference类和引用队列ReferenceQueue类联合使用实现,eg :
1 package test; 2 3 import java.lang.ref.PhantomReference; 4 import java.lang.ref.ReferenceQueue; 5 6 7 public class Test{ 8 9 public static void main(String[] args) { 10 //创建一个对象 11 Person person = new Person("Sunny"); 12 //创建一个引用队列 13 ReferenceQueue<Person> rq = new ReferenceQueue<Person>(); 14 //创建一个虚引用,让此虚引用引用到person对象 15 PhantomReference<Person> pr = new PhantomReference<Person>(person, rq); 16 //切断person引用变量和对象的引用 17 person = null; 18 //试图取出虚引用所引用的对象 19 //发现程序并不能通过虚引用访问被引用对象,所以此处输出为null 20 System.out.println(pr.get()); 21 //强制垃圾回收 22 System.gc(); 23 System.runFinalization(); 24 //因为一旦虚引用中的对象被回收后,该虚引用就会进入引用队列中 25 //所以用队列中最先进入队列中引用与pr进行比较,输出true 26 System.out.println(rq.poll() == pr); 27 } 28 }
运行结果:
3.Java垃圾回收机制
其实Java垃圾回收主要做的是两件事:1)内存回收 2)碎片整理
3.1垃圾回收算法
1)串行回收(只用一个CPU)和并行回收(多个CPU才有用):串行回收是不管系统有多少个CPU,始终只用一个CPU来执行垃圾回收操作,而并行回收就是把整个回收工作拆分成多个部分,每个部分由一个CPU负责,从而让多个CPU并行回收。并行回收的执行效率很高,但复杂度增加,另外也有一些副作用,如内存碎片增加。
2)并发执行和应用程序停止 :应用程序停止(Stop-the-world)顾名思义,其垃圾回收方式在执行垃圾回收的同时会导致应用程序的暂停。并发执行的垃圾回收虽然不会导致应用程序的暂停,但由于并发执行垃圾需要解决和应用程序的执行冲突(应用程序可能在垃圾回收的过程修改对象),因此并发执行垃圾回收的系统开销比Stop-the-world高,而且执行时需要更多的堆内存。
3)压缩和不压缩和复制 :
①支持压缩的垃圾回收器(标记-压缩 = 标记清除+压缩)会把所有的可达对象搬迁到一端,然后直接清理掉端边界以外的内存,减少了内存碎片。
②不压缩的垃圾回收器(标记-清除)要遍历两次,第一次先从跟开始访问所有可达对象,并将他们标记为可达状态,第二次便利整个内存区域,对未标记可达状态的对象进行回收处理。这种回收方式不压缩,不需要额外内存,但要两次遍历,会产生碎片
③复制式的垃圾回收器:将堆内存分成两个相同空间,从根(类似于前面的有向图起始顶点)开始访问每一个关联的可 达对象,将空间A的全部可达对象复制到空间B,然后一次性回收空间A。对于该算法而言,因为只需访问所有的可达对象,将所有的可达对象复制走之后就直接回 收整个空间,完全不用理会不可达对象,所以遍历空间的成本较小,但需要巨大的复制成本和较多的内存。