前言

     时间过得真快，眨眼间已经毕业一年了，最近经常性的反思自己，发现这一年里竟然没什么让自己印象很深刻的东西，工作上了解了业务背景后，也没遇过一些对自己进步有帮助的难题之类的。仔细想想，在个人能力还是很初级水平的阶段，这样的处境是很危险的。所以最近会多做一些基础原理的知识整合，包括JVM、Java、Android方法的内容，一边扫盲一边加深理解。​

一. jvm运行时内存的划分

JVM的内存模型结构如下：

JVM内存区域模型

按照是否线程共享

• 线程共享：方法区、堆
• 线程私有 ：程序计数器，虚拟机栈，本地方法区

按照实际存储的内容

• 数据区：方法区，堆
• 指令区：程序计数器，虚拟机栈，本地方法区

看到这个结构，也能想的明白，用户数据（非指令，指令是和具体数据无关的，用来处理数据的、做计算 工作的操作数）是多线程共享的，如果说某些数据只能某个线程自己可见，那么多线程也就失去了意义。

1.运行时内存区域划分

1.1 程序计数器（Program Counter Register）-- 指令指针

• 1.1 作用
  jvm中一块比较小的内存区域，指示当前字节码执行到哪一行，字节码的解释工作需要这个计数器来选取下一条被执行字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复类的功能都要程序计数器来完成。
• 1.2 多线程
  考虑在多线程情况下，这个区域的内存是线程私有的。
• 1.3 异常
  计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址，假如这个区域内存泄漏，那么整个字节码的执行也就会无法进行，这种状态下，程序的异常处理，只要是程序层面上也都没法进行了。

1.2 虚拟机栈 -- 记录方法信息和调用栈（函数调用栈，栈内每一个元素称之为栈帧，栈帧存储着栈帧信息，用javap命令查看栈帧信息进行理解）

• 描述的是方法执行的内存模型，每个方法在执行的同时会创建一个栈帧（Stack Frame）,用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口信息。
  每一个方法从调用开始，就会创建一个虚拟机栈，方法结束调用栈也就会回收，响应的方法内的局部变量也都会被回收。
  当调用栈过长，超过虚拟机定义的最大长度时，会抛出StackOverflowError，常见的情况就是定义了无递归出口的方法，会导致栈溢出
• 局部变量表：存放编译期就能知道的类型，包括基本数据类型和对象引用，所需的内存空间大小也在编译期完成分配。也就是说进入一个方法时就可以确定，他在栈帧中需要占用多少内存空间，并且在方法运行期间局部变量表的大小不会再被改变。
• 操作数栈：函数在调用发起和结构本质上是其实入栈和出栈的动作。
• 动态链接：对多态支持的关键。
• 方法返回地址：记录方法调用结束的地址，即使是void类型的方法也有返回地址。
  虚拟机栈的结构示意图如下：
  
  虚拟机栈结构示意图

1.3 方法区

存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。内存回收在这个区域和堆区是一样的规则。存储Class信息

• 运行时常量区
  属于方法区的一部分，存储编译期生成的各种字面量和符号引用，是在类加载后进入到方法区的运行时常量池中。

存储Class文件中的符号引用和直接引用。

• Class文件常量池
• 运行时常量池

1.4 本地方法区

和虚拟机栈的作用类似，虚拟机栈是为Java字节码提供服务支撑的，本地方法栈是为Native方法提供服务。会有StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
虚拟机规范并没有限制本地方法区使用什么语言，使用方法和数据结构，所以不同的虚拟机可以自己去实现这部分区域。注：Sun HotSpot虚拟机是将本地方法区和虚拟机栈合在一起了。

1.5 堆区

存放对象的实例，对象实例分配内存几乎都在这里进行。对象和数组都是在堆上分配内存的。是所有线程共享的区域，垃圾进行回收也主要在堆中进行，也被称为“GC堆”。

• Java堆还可以分为新生代和老年代
• 新生代：(2/3）默认比例eden:s0:s1=8:1:1
• 老年代：(1/3)
• 永久代：

2. 直接内存区

不是Java虚拟机规范中定义的内存区域，但是这部分内存被频繁的使用，并且内存不足时也有会有OutOfMemoryError异常出现。
直接内存的分配不受Java堆大小的限制。只受本机内存大小以及处理器寻址空间的限制。

二. 对象的四种引用类型

1.强引用

Object strongRef = new Object(); 

程序运行过程中就不会被回收, 当内存不足时会抛出OutOfMemoryError错误, 也不会选择回收强引用对象来缓解内存不足, 一般这种强引用从逻辑上确定是可以回收了,可以赋值为null, 提高被GC回收的可能性.

strongRef = null; //注意:并不是这样做了就立马被回收,只是能被回收了,具体回收的时机由GC决定

2.软引用: SoftReference

• 2.1 软引用特性

如果一个对象只有软引用, 只要内存足够, 就不会回收它. 如果内存不足了, 就会回收这些只有软引用的对象. 可以看出软引用的回收时机是由内存的使用情况决定的.

软引用在内存充足的时候对象不会被回收, 也就是说内存充足的情况下, 即使对象只有软引用, 对象也不会被回收. 所以软引用也能解决内存泄露问题, 但是相对来说对象回收的周期更长, 因为某个对象仅有软引用时, 要等到内存不足才会被回收.

软引用能感知内存不足的发生, 所以适用于内存敏感的使用场景.

• 2.2 软引用和引用队列的结合使用
  首先看SoftReference的构造方法, 有两个:

public SoftReference(T referent) {
        super(referent);
        this.timestamp = clock;
}

 /**
     *  当软引用对用的对象被回收了,就会将这个软引用对象加入到队列中
     */
    public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
        this.timestamp = clock;
    }

使用方式:

ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
String str = new String("abcd");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str, referenceQueue);
str = null;
System.gc();
System.out.println(softReference.get());
Reference<? extends String> reference = referenceQueue.poll();
System.out.println(reference);

3.弱引用: WeakReference

对象只有弱引用, 不会导致对象在被回收时, 因为还有引用关系不能被GC回收. 相反, 如果GC在扫描对象只有弱引用时, 不管内存是否充足, 都会回收该对象内存. 但是GC的线程优先级很低, 不会很快扫描到这种情况的对象引用.

和软引用相比, 若引用的生命周期很短暂.

弱引用也可结合引用队列使用:

public WeakReference(T referent) {
        super(referent);
}
// 当弱引用对应的对象的被回收了,jvm会将该弱引用加入到引用队列中
public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
}

使用:

 Object object = new Object();
ReferenceQueue<Object> weakReferenceQueue = new ReferenceQueue<>();
WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<>(object, weakReferenceQueue);

4.虚引用: PhantomReference

虚引用不会决定对象的生命周期, 如果一个对象只有虚引用, 那么它在任何时候都有可能被回收. 虚引用必须和一个引用队列联合使用.

和软引用,弱引用不同的是虚引用必须和引用结合使用, 可以看到它只有一个构造方法:

public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
}

使用:

Object phantomRefObj = new Object();
ReferenceQueue<Object> phantomReferenceQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(phantomRefObj, phantomReferenceQueue);
System.out.println(phantomReference.get()); //null

一般不用虚引用来做实际的工作, 可以用来跟踪垃圾回收器的活动.

5. 四种类型引用特性总结