JVM的内存分配和回收算法——深入理解Java虚拟机（三）

揭秘 JVM 内存管理：分配、回收和分代

简介

Java 虚拟机 (JVM) 的内存管理是 Java 编程的关键组成部分。它决定了 JVM 如何分配和回收对象内存，从而影响应用程序的性能和可靠性。在本文中，我们将深入探讨 JVM 内存分配和回收算法，包括 TLAB、内存分代、空闲列表和指针碰撞等概念。

一、JVM 内存分配算法

JVM 内存分配算法包括 TLAB 和空闲列表。TLAB（线程本地分配缓冲区）是一种线程本地分配缓冲区，为每个线程提供专用的内存空间。当线程需要分配对象时，它可以从 TLAB 中直接分配，无需与其他线程竞争。如果 TLAB 已满，JVM 将从空闲列表中分配内存。空闲列表是全局内存池，当 TLAB 已满时，JVM 会从中分配内存。

二、JVM 内存回收算法

JVM 内存回收算法包括标记-清除、复制、标记-整理和分代收集。标记-清除算法是最简单的内存回收算法。它首先标记所有存活对象，然后清除所有未标记对象。复制算法将存活对象复制到一块新内存区域，然后释放旧内存区域。标记-整理算法将存活对象整理到一块连续内存区域，然后释放剩余内存区域。分代收集算法将内存划分为不同区域，每个区域采用不同的内存回收算法。

三、JVM 内存分代

JVM 内存分代算法将内存划分为新生代和老年代。新生代又进一步划分为 Eden 区、Survivor 区和 Tenured 区。对象第一次分配时，它会被分配到 Eden 区。当 Eden 区已满时，JVM 会触发一次 Minor GC，将 Eden 区和 Survivor 区中存活对象复制到 Tenured 区，然后释放 Eden 区和 Survivor 区。当 Tenured 区已满时，JVM 会触发一次 Major GC，将 Tenured 区中存活对象复制到新 Tenured 区，然后释放旧 Tenured 区。

四、JVM 垃圾收集器

JVM 垃圾收集器负责执行内存回收操作。JVM 提供了多种不同的垃圾收集器，包括 Serial GC、Parallel GC、CMS GC 和 G1 GC。Serial GC 是一种单线程垃圾收集器，一次只回收一个线程的内存。Parallel GC 是一种多线程垃圾收集器，可以同时回收多个线程的内存。CMS GC 是一种并发标记-清除垃圾收集器，可以在应用程序运行时执行内存回收操作。G1 GC 是一种分代垃圾收集器，将内存划分为多个区域，每个区域采用不同的内存回收算法。

五、深入理解 JVM 内存管理

• TLAB 和空闲列表： TLAB 提高了分配效率，而空闲列表提供了更广泛的内存池。
• 指针碰撞： 通过移动指针，标记-整理算法可以有效地整理存活对象。
• 对象存活判断： GC 根可达性分析算法用于确定哪些对象是存活的。
• GCRoot 可达性分析算法： 该算法通过检查对象图来判断哪些对象是可达的。
• 对象句柄访问和直接指针： GC 需要访问对象句柄和直接指针来确定对象的存活情况。
• 新生代和老年代： 新生代中的对象更容易被回收，而老年代中的对象则更稳定。
• Survivor 区域： Survivor 区域用于存储从 Eden 区晋升的存活对象。
• Minor/Major/Full GC： Minor GC 回收新生代，Major GC 回收老年代，Full GC 回收整个 Java 堆。

六、常见问题解答

Q1：什么是 JVM 内存管理？
A1：JVM 内存管理是一套算法和数据结构，用于分配和回收 Java 对象的内存。

Q2：TLAB 如何提高分配效率？
A2：TLAB 为每个线程提供专用的内存空间，从而减少了线程之间的竞争和锁争用。

Q3：为什么使用标记-整理算法？
A3：标记-整理算法通过整理存活对象来减少内存碎片。

Q4：分代收集算法有什么好处？
A4：分代收集算法通过将不同存活时间的对象分隔到不同区域来优化内存回收。

Q5：如何选择合适的垃圾收集器？
A5：垃圾收集器的选择取决于应用程序的特性，例如吞吐量、延迟和内存占用。

结论

JVM 内存管理是一项复杂而重要的技术，它影响着 Java 应用程序的性能和可靠性。通过理解 JVM 内存分配、回收和分代算法，您可以优化您的应用程序以充分利用内存资源。