JVM结构、GC工作机制详解

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1、题外话：最近在应聘阿里2015暑期实习，感触颇多。机会总是留给有准备的人的，所以平常一定要注意知识的巩固和积累。知识的深度也要有一定的理解，不比别人知道的多，公司干嘛选你？关于JVM和GC，我相信学Java的绝大部分人都听过，很多公司的面试官都爱问，一开始我也很头痛，问这么底层干什么，所以我每次面试也只是看看答案敷衍了事。最近面完阿里感觉真不能这样，知识不仅要知其然，还要知其所以然。其实弄懂了JVM和GC，对我们理解很多java知识都有帮助。网上有很多关于GC和JVM的文章，这篇博文主要是根据我最近看《深入

2、理解Java虚拟机》的一些体会总结出来的，希望对新手有些帮助，也欢迎大牛拍砖。文章主要分为以下四个部分JVM结构、内存分配、垃圾回收算法、垃圾收集器。下面我们一一来看。一、JVM结构根据《java虚拟机规范》规定，JVM的基本结构一般如下图所示：从左图可知，JVM主要包括四个部分：1.类加载器（ClassLoader）:在JVM启动时或者在类运行时将需要的class加载到JVM中。（右图表示了从java源文件到JVM的整个过程，可配合理解。关于类的加载机制，可以参考http://blog.csdn.net/

3、tonytfjing/article/details/47212291）2.执行引擎：负责执行class文件中包含的字节码指令（执行引擎的工作机制，这里也不细说了，这里主要介绍JVM结构）；3.内存区（也叫运行时数据区）：是在JVM运行的时候操作所分配的内存区。运行时内存区主要可以划分为5个区域，如图：方法区(MethodArea)：用于存储类结构信息的地方，包括常量池、静态变量、构造函数等。虽然JVM规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但它却有个别名non-heap（非堆），所以大家不要搞混淆了。方法区还

4、包含一个运行时常量池。java堆(Heap)：存储java实例或者对象的地方。这块是GC的主要区域（后面解释）。从存储的内容我们可以很容易知道，方法区和堆是被所有java线程共享的。java栈(Stack)：java栈总是和线程关联在一起，每当创建一个线程时，JVM就会为这个线程创建一个对应的java栈。在这个java栈中又会包含多个栈帧，每运行一个方法就创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、方法返回值等。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在java栈中入栈到出栈的过程。所以java栈是

5、现成私有的。程序计数器(PCRegister)：用于保存当前线程执行的内存地址。由于JVM程序是多线程执行的（线程轮流切换），所以为了保证线程切换回来后，还能恢复到原先状态，就需要一个独立的计数器，记录之前中断的地方，可见程序计数器也是线程私有的。本地方法栈(NativeMethodStack)：和java栈的作用差不多，只不过是为JVM使用到的native方法服务的。4.本地方法接口：主要是调用C或C++实现的本地方法及返回结果。二、内存分配我觉得了解垃圾回收之前，得先了解JVM是怎么分配内存的，然后识别

6、哪些内存是垃圾需要回收，最后才是用什么方式回收。Java的内存分配原理与C/C++不同，C/C++每次申请内存时都要malloc进行系统调用，而系统调用发生在内核空间，每次都要中断进行切换，这需要一定的开销，而Java虚拟机是先一次性分配一块较大的空间，然后每次new时都在该空间上进行分配和释放，减少了系统调用的次数，节省了一定的开销，这有点类似于内存池的概念；二是有了这块空间过后，如何进行分配和回收就跟GC机制有关了。java一般内存申请有两种：静态内存和动态内存。很容易理解，编译时就能够确定的内存就是静

7、态内存，即内存是固定的，系统一次性分配，比如int类型变量；动态内存分配就是在程序执行时才知道要分配的存储空间大小，比如java对象的内存空间。根据上面我们知道，java栈、程序计数器、本地方法栈都是线程私有的，线程生就生，线程灭就灭，栈中的栈帧随着方法的结束也会撤销，内存自然就跟着回收了。所以这几个区域的内存分配与回收是确定的，我们不需要管的。但是java堆和方法区则不一样，我们只有在程序运行期间才知道会创建哪些对象，所以这部分内存的分配和回收都是动态的。一般我们所说的垃圾回收也是针对的这一部分。总之St

8、ack的内存管理是顺序分配的，而且定长，不存在内存回收问题；而Heap则是为java对象的实例随机分配内存，不定长度，所以存在内存分配和回收的问题；三、垃圾检测、回收算法垃圾收集器一般必须完成两件事：检测出垃圾；回收垃圾。怎么检测出垃圾？一般有以下几种方法：引用计数法：给一个对象添加引用计数器，每当有个地方引用它，计数器就加1；引用失效就减1。好了，问题来了，如果我有两个对象A和B，互相引用，除此之外，没有其他任