四、JVM原理-4.2、内存管理

4.2、内存管理

4.2.1、JVM是如何判断一个对象是否可以被回收的

答：
在Java中，JVM使用垃圾回收算法来判断一个对象是否可以被回收。JVM使用的垃圾回收算法主要有两种：引用计数法和可达性分析法。

1. 引用计数法：每个对象都有一个计数器，当有一个引用指向该对象时，计数器加1，当引用失效时，计数器减1。当计数器的值为0时，表示该对象不再被引用，可以被回收。

2. 可达性分析法：JVM从一组根对象（如线程栈中的本地变量和静态变量）开始，通过遍历对象的引用链来确定一个对象是否可达。如果一个对象无法通过任何引用链与根对象连接在一起，那么该对象就被判定为不可达，可以被回收。

扩展：
实际上，Java中并没有采用引用计数算法来判断对象是否可以被回收。引用计数法的确存在一些缺点，例如无法解决循环引用的问题，即使两个对象互相引用，但其它部分代码已经不再引用它们，它们仍然无法被回收。
JVM通过使用可达性分析法来确定哪些对象是可达的，并将未被引用的对象标记为垃圾，然后进行回收。

4.2.2、谈谈你对JVM中主要GC算法的理解

答：
JVM中的主要GC算法是标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法和分代收集算法。

1. 标记-清除算法（Mark and Sweep）：这是最基本的GC算法之一。算法分为两个阶段，首先标记所有活跃对象，然后清理（回收）那些未被标记的对象。该算法的缺点是会产生大量的内存碎片。

2. 标记-复制算法（Copying）：这个算法将内存空间分为两个区域，一半是用于存放活跃对象的From区域，另一半则为空闲的To区域。当From区域的空间被占满时，将活跃对象复制到To区域，并且清理From区域中的所有对象。该算法的优点是避免了内存碎片问题，但是也需要额外的一半内存空间来进行复制。

3. 标记-整理算法（Mark and Compact）：这个算法结合了标记-清除算法和复制算法的优点。首先标记所有活跃对象，然后将它们压缩到内存的一端，然后清理掉整个内存空间的剩余部分。这样可以保持内存的连续性，但是会产生一定的内存移动开销。

4. 分代回收算法（Generational）：这是一种基于对象存活时间的GC算法。根据对象的存活时间将内存分为新生代和老年代。新生代中的对象通常会被频繁回收，所以可以使用复制算法来进行GC；而老年代中的对象存活时间较长，所以可以使用标记-清除或标记-整理算法进行GC。这种算法可以根据不同代的对象特点进行相应的优化，提高GC效率。

扩展：
分代回收算法是一种常用的垃圾回收算法，它根据对象的存活时间将内存分为不同的代，通常分为新生代和老年代，新生代包括Eden区和幸存区（包括From区和To区）。下面是分代回收算法的详细过程：

1. 对象分配：当Java程序需要创建对象时，对象首先被分配到Eden区域。
2. Minor GC（新生代回收）：当Eden区域满了时，触发Minor GC。Minor GC使用的是标记复制算法，主要包括以下步骤：
   • 标记：从根对象开始，对新生代的对象进行可达性分析，标记所有活跃对象。
   • 复制：将所有活跃对象从Eden区域和From区域复制到To区域，并清理掉Eden区域和From区域中的无效对象。每经历一次minor GC，没被回收的对象就会在From区和To区移动一次，每移动一次，年龄加一。
   • 年龄提升：将To区域中的对象的年龄加1，若年龄达到阈值（通常为15），则被晋升到老年代。一个对象的GC年龄是存储在对象头中的，对象头中有4位是用于存储GC年龄的，4位能够存储的最大数值为15，所以JVM分代年龄值设置成了15。
   • 清理：清理幸存区的无效对象。
3. 对象晋升：在经过多次Minor GC后，如果对象在To区域经历了多次复制并仍然存活，GC年龄达到15岁时，那么它将会被晋升到老年代。
4. Full GC（老年代回收）：当老年代空间不足或者对象进入老年代失败时，触发Full GC。Full GC会对整个堆内存进行回收，包括新生代和老年代。Full GC的过程较为复杂，主要包括标记和整理阶段，Full GC使用标记整理算法进行回收。

4.2.3、JVM分代年龄为什么是15次？

答：
一个对象的GC年龄是存储在对象头中的，对象头中有4位存储空间是用于存储GC年龄的，4位能够存储的最大数值为15，所以JVM分代年龄值设置成了15。

4.2.4、JVM为什么使用元空间替换永久代?

答：
元空间和永久代都是运行时数据区中不同结构的方法区。永久代是JDK1.8以前的方法区，元空间是JDK1.8及其之后的方法区。

1. 内存管理：永久代在Java 8之前是使用JVM堆内存的一部分，并且有一个固定的大小。由于永久代是使用堆内存的一部分，因此永久代的大小对整个Java应用程序的内存管理具有很大的限制。而元空间是使用本地内存，它不再受到堆内存的限制，可以根据需要动态地分配和释放内存，从而提供更好的内存管理。

2. 类的元数据存储：永久代主要用于存储类的元数据信息，如类的结构、方法、字段等。而在一些复杂的应用程序中，类的元数据信息可能非常庞大，使得永久代的大小很容易被耗尽。通过使用元空间，可以将类的元数据信息存储在本地内存中，从而有效地解决了永久代大小的限制问题。

3. 垃圾回收：在永久代中，垃圾回收主要是通过调用Full GC来进行的，这会导致应用程序的停顿时间增加。而在元空间中，使用的是JVM的垃圾回收器，可以根据需要动态地进行部分或增量垃圾回收，从而减少应用程序的停顿时间。

扩展：
总结：使用元空间替代永久代主要是为了提供更好的内存管理、解决永久代大小限制问题以及降低垃圾回收带来的停顿时间。

4.2.5、JDK1.8与JDK1.7中的Java内存区域有什么区别？

对Java程序员来说，在虚拟机自动内存管理机制的帮助下，不再需要为每个对象的new操作去写配对的delete/free 代码，不容易出现内存泄露和内存溢出的问题。不过，仍然需要Java虚拟机是如何使用内存的，方便我们定位内存泄露和内存溢出的问题：

Java虚拟机在执行Java程序时会把它所管理的内存划分为若干个部分，这些区域有各自的用途、创建和销毁时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而一直存在，有的则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。

JDK 1.8 之前的内存分布：

JDK 1.8 之后的内存分布：

本机直接内存的分配不会受到 Java 堆的限制，但是，既然是内存就会受到本机总内存大小以及处理器寻址空间的限制。参考原文链接https://www.cnblogs.com/jjfan0327/p/12778954.html