剖析 JVM 内存分配与回收策略，探究 Java 内存管理的奥秘

2023-10-09 14:49:15

在 Java 虚拟机 (JVM) 中，内存分配和回收是内存管理的核心。本文将详细探讨 JVM 的内存分配与回收策略，帮助您深入理解 Java 内存管理的机制和优化方法。

JVM 内存结构

JVM 内存主要分为堆栈内存、方法区、本地方法栈、PC 寄存器和程序计数器。其中，堆栈内存和方法区是程序运行期间动态分配的内存，也是垃圾收集器的主要管理区域。

堆栈内存是线程私有的，用于存储方法调用信息、局部变量和参数。堆栈内存遵循后进先出 (LIFO) 原则，即后分配的元素最先被释放。当线程创建时，会为其分配一个堆栈内存区。随着方法的调用和返回，堆栈内存不断变化。当线程退出时，其堆栈内存区会被回收。

方法区存储已加载的类信息、常量和静态变量等。方法区在 JVM 启动时创建，并随着程序的运行而不断扩大。当方法区空间不足时，JVM 会触发垃圾收集，回收未被使用的类信息和常量。

JVM 内存分配策略主要包括堆内存分配、方法区内存分配和栈内存分配。

堆内存是 Java 程序运行时分配内存的主要区域。当创建对象时，JVM 会在堆内存中分配空间。堆内存分配策略主要有两种：

连续分配: JVM 在堆内存中连续分配空间，以便于对象之间的引用和访问。这种方式简单高效，但可能导致内存碎片化。
非连续分配: JVM 在堆内存中不连续分配空间，而是根据对象的大小和存活时间等因素分配空间。这种方式可以避免内存碎片化，但可能导致对象之间的引用和访问速度变慢。

方法区内存分配策略主要有两种：

栈内存是线程私有的，用于存储方法调用信息、局部变量和参数。栈内存分配策略主要有两种：

连续分配: JVM 在栈内存中连续分配空间，以便于快速访问和释放局部变量和参数。这种方式简单高效，但可能导致栈内存溢出。
非连续分配: JVM 在栈内存中不连续分配空间，而是根据局部变量和参数的大小和生命周期等因素分配空间。这种方式可以避免栈内存溢出，但可能导致栈内存访问速度变慢。

JVM 内存回收策略主要包括垃圾收集算法和垃圾收集器。

垃圾收集算法主要有两种：

标记-清除算法: 这种算法首先标记出所有存活的对象，然后回收未被标记的对象。这种算法简单高效，但可能导致内存碎片化。
复制算法: 这种算法将堆内存划分为两块，当一块内存空间用完时，将存活的对象复制到另一块内存空间，然后回收被复制的对象所在的内存空间。这种算法可以避免内存碎片化，但可能导致内存利用率降低。

JVM 提供了几种垃圾收集器，每种垃圾收集器都有不同的算法和特点。常见的垃圾收集器包括：

Serial GC: 这种垃圾收集器是单线程的，在进行垃圾收集时会暂停所有应用程序线程。这种垃圾收集器简单高效，但可能会导致应用程序性能下降。
Parallel GC: 这种垃圾收集器是多线程的，在进行垃圾收集时会使用多个线程并行地回收垃圾对象。这种垃圾收集器可以提高垃圾收集的效率，但可能会导致应用程序性能下降。
Concurrent Mark Sweep GC: 这种垃圾收集器是并发