Java对象的内存模型及“垃圾收集”机制探秘

《深入Java（五）》——对象的内存模型、实体与引用以及“垃圾收集”机制

在开始讲讲Java当中对象的内存模型之前，先摆出创建一个对象（也叫实例化对象）所必须经历的三个步骤。现在假设有一个Person类。

1. 首先给Person类创建一个Class对象（也叫类对象）。Person类的.class文件存储着用来Person类的元数据。在Java中，类对象存储在方法区 （Method Area）之中。方法区是Java虚拟机所划分出来的内存区域，除了用于存储类信息外，还用于存储常量、静态变量以及即时编译器编译后的代码等数据。

2. 接下来创建一个Person对象的实例。在这个步骤中，会分配一块内存用于存放这个对象的成员变量。这块内存区域叫作堆内存 （Heap）。堆内存是Java虚拟机所划分出来的用于存放对象实例的内存区域。

3. 将创建好的Person对象实例的地址值存入栈（Stack）中的一个局部变量里。栈是Java虚拟机所划分出来的用于存放线程私有数据的内存区域。

4. 当堆内存当中不再有对该对象实例的任何引用，则“垃圾收集”机制就会回收该对象的所占内存空间。

Java对象的内存模型

Java对象的内存模型规定了对象在内存中的布局，包括对象头、实例数据和对齐填充。

1. 对象头

对象头包括以下信息：

• Mark Word ：用于存储对象的状态信息，包括对象的哈希码、GC标记位、锁标志位、偏向锁标志位等。
• Klass Pointer ：指向对象所属的类对象的指针。
• Array Length ：如果是数组对象，则存储数组的长度。

2. 实例数据

实例数据存储着对象的状态信息，包括对象的成员变量。

3. 对齐填充

为了确保对象在内存中的对齐，有时需要在对象头和实例数据之间添加对齐填充字节。

实体与引用

在Java中，对象是实体，引用是指向实体的指针。

实体

实体是指实际存在于内存中的对象。每个实体都有一个唯一的地址。

引用

引用是指向实体的指针。引用是一个32位的内存地址，指向实体在内存中的地址。

垃圾收集机制

垃圾收集机制是Java虚拟机的一项重要功能，用于回收不再被引用的对象所占用的内存空间。

垃圾收集器

垃圾收集器是负责执行垃圾收集过程的程序。Java虚拟机提供了多种不同的垃圾收集器，包括：

• Serial GC ：单线程垃圾收集器，适用于小型应用程序。
• Parallel GC ：多线程垃圾收集器，适用于中型应用程序。
• Concurrent Mark Sweep GC ：并发标记清除垃圾收集器，适用于大型应用程序。
• G1 GC ：基于分代收集的垃圾收集器，适用于大型应用程序。

内存回收策略

垃圾收集器使用不同的内存回收策略来回收不再被引用的对象。常见的内存回收策略包括：

• 标记-清除算法 ：垃圾收集器首先标记不再被引用的对象，然后清除这些对象所占用的内存空间。
• 标记-压缩算法 ：垃圾收集器首先标记不再被引用的对象，然后将未被标记的对象压缩到一起，从而释放出连续的内存空间。
• 分代收集算法 ：垃圾收集器将堆内存划分为不同的区域，每个区域都有不同的垃圾收集策略。

内存管理

内存管理是Java虚拟机的一项重要功能，用于管理Java应用程序的内存使用情况。内存管理包括以下几个方面：

• 内存分配 ：当创建一个新的对象时，Java虚拟机需要为这个对象分配内存空间。
• 内存回收 ：当一个对象不再被引用时，Java虚拟机需要回收这个对象所占用的内存空间。
• 内存整理 ：当内存中出现碎片时，Java虚拟机需要对内存进行整理，以便为新的对象分配连续的内存空间。

性能优化

通过对Java对象的内存模型、实体与引用以及垃圾收集机制进行优化，可以提高Java应用程序的性能。常见的性能优化技术包括：

• 减少对象创建 ：尽量减少创建新的对象的数量。
• 复用对象 ：尽量复用现有的对象。
• 避免内存泄漏 ：确保不再被引用的对象能够被垃圾收集器回收。
• 选择合适的垃圾收集器 ：根据应用程序的具体情况选择合适的垃圾收集器。
• 合理配置内存参数 ：合理配置Java虚拟机的内存参数，例如堆内存大小、新生代内存大小、老年代内存大小等。