欢迎进入Java社区论坛，与200万技术人员互动交流 >>进入 Java 运行时如何使用本机内存 Java 运行时是一个操作系统进程，它会受到我在上一节中列出的硬件和操作系统局限性的限制。运行时环境提供的功能受一些未知的用户代码驱动，这使得无法预测在每种情形中

欢迎进入Java社区论坛，与200万技术人员互动交流 >>进入

Java 运行时如何使用本机内存

Java 运行时是一个操作系统进程，它会受到我在上一节中列出的硬件和操作系统局限性的限制。运行时环境提供的功能受一些未知的用户代码驱动，这使得无法预测在每种情形中运行时环境将需要何种资源。Java 应用程序在托管 Java 环境中执行的每个操作都会潜在地影响提供该环境的运行时的需求。本节描述 Java 应用程序为什么和如何使用本机内存。

Java 堆和垃圾收集

Java 堆是分配了对象的内存区域。大多数 Java SE 实现都拥有一个逻辑堆，但是一些专家级 Java 运行时拥有多个堆，比如实现 Java 实时规范(Real Time Specification for Java，RTSJ)的运行时。一个物理堆可被划分为多个逻辑扇区，具体取决于用于管理堆内存的垃圾收集(GC)算法。这些扇区通常实现为连续的本机内存块，这些内存块受 Java 内存管理器(包含垃圾收集器)控制。

堆的大小可以在 Java 命令行使用 -Xmx 和 -Xms 选项来控制(mx 表示堆的最大大小，ms 表示初始大小)。尽管逻辑堆(经常被使用的内存区域)可以根据堆上的对象数量和在 GC 上花费的时间而增大和缩小，但使用的本机内存大小保持不变，而且由 -Xmx 值(最大堆大小)指定。大部分 GC 算法依赖于被分配为连续的内存块的堆，因此不能在堆需要扩大时分配更多本机内存。所有堆内存必须预先保留。

保留本机内存与分配本机内存不同。当本机内存被保留时，无法使用物理内存或其他存储器作为备用内存。尽管保留地址空间块不会耗尽物理资源，但会阻止内存被用于其他用途。由保留从未使用的内存导致的泄漏与泄漏分配的内存一样严重。

当使用的堆区域缩小时，一些垃圾收集器会回收堆的一部分(释放堆的后备存储空间)，从而减少使用的物理内存。

对于维护 Java 堆的内存管理系统，需要更多本机内存来维护它的状态。当进行垃圾收集时，必须分配数据结构来跟踪空闲存储空间和记录进度。这些数据结构的确切大小和性质因实现的不同而不同，但许多数据结构都与堆大小成正比。

即时 (JIT) 编译器

JIT 编译器在运行时编译 Java 字节码来优化本机可执行代码。这极大地提高了 Java 运行时的速度，并且支持 Java 应用程序以与本机代码相当的速度运行。

字节码编译使用本机内存(使用方式与 gcc 等静态编译器使用内存来运行一样)，但 JIT 编译器的输入(字节码)和输出(可执行代码)必须也存储在本机内存中。包含多个经过 JIT 编译的方法的 Java 应用程序会使用比小型应用程序更多的本机内存。

类和类加载器

Java 应用程序由一些类组成，这些类定义对象结构和方法逻辑。Java 应用程序也使用 Java 运行时类库(比如 java.lang.String)中的类，也可以使用第三方库。这些类需要存储在内存中以备使用。

存储类的方式取决于具体实现。Sun JDK 使用永久生成(permanent generation，PermGen)堆区域。Java 5 的 IBM 实现会为每个类加载器分配本机内存块，并将类数据存储在其中。现代 Java 运行时拥有类共享等技术，这些技术可能需要将共享内存区域映射到地址空间。要理解这些分配机制如何影响您 Java 运行时的本机内存占用，您需要查阅该实现的技术文档。然而，一些普遍的事实会影响所有实现。

从最基本的层面来看，使用更多的类将需要使用更多内存。(这可能意味着您的本机内存使用量会增加，或者您必须明确地重新设置 PermGen 或共享类缓存等区域的大小，以装入所有类)。记住，不仅您的应用程序需要加载到内存中，框架、应用服务器、第三方库以及包含类的 Java 运行时也会按需加载并占用空间。

Java 运行时可以卸载类来回收空间，但是只有在非常严酷的条件下才会这样做。不能卸载单个类，而是卸载类加载器，随其加载的所有类都会被卸载。只有在以下情况下才能卸载类加载器：

Java 堆不包含对表示该类加载器的 java.lang.ClassLoader 对象的引用。

Java 堆不包含对表示类加载器加载的类的任何 java.lang.Class 对象的引用。

在 Java 堆上，该类加载器加载的任何类的所有对象都不再存活(被引用)。

需要注意的是，Java 运行时为所有 Java 应用程序创建的 3 个默认类加载器( bootstrap、extension 和 application )都不可能满足这些条件，因此，任何系统类(比如 java.lang.String)或通过应用程序类加载器加载的任何应用程序类都不能在运行时释放。

即使类加载器适合进行收集，运行时也只会将收集类加载器作为 GC 周期的一部分。一些实现只会在某些 GC 周期中卸载类加载器。

也可能在运行时生成类，而不用释放它。许多 JEE 应用程序使用 JavaServer Pages (JSP) 技术来生成 Web 页面。使用 JSP 会为执行的每个 .jsp 页面生成一个类，并且这些类会在加载它们的类加载器的整个生存期中一直存在 ―― 这个生存期通常是 Web 应用程序的生存期。

另一种生成类的常见方法是使用 Java 反射。反射的工作方式因 Java 实现的不同而不同，但 Sun 和 IBM 实现都使用了这种方法，我马上就会讲到。

当使用 java.lang.reflect API 时，Java 运行时必须将一个反射对象(比如 java.lang.reflect.Field)的方法连接到被反射到的对象或类。这可以通过使用 Java 本机接口(Java Native Interface，JNI)访问器来完成，这种方法需要的设置很少，但是速度缓慢。也可以在运行时为您想要反射到的每种对象类型动态构建一个类。后一种方法在设置上更慢，但运行速度更快，非常适合于经常反射到一个特定类的应用程序。

Java 运行时在最初几次反射到一个类时使用 JNI 方法，但当使用了若干次 JNI 方法之后，访问器会膨胀为字节码访问器，这涉及到构建类并通过新的类加载器进行加载。执行多次反射可能导致创建了许多访问器类和类加载器。保持对反射对象的引用会导致这些类一直存活，并继续占用空间。因为创建字节码访问器非常缓慢，所以 Java 运行时可以缓存这些访问器以备以后使用。一些应用程序和框架还会缓存反射对象，这进一步增加了它们的本机内存占用。

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]