Java内存管理与垃圾回收机制

# 前言

## 2. Java内存模型

Java内存模型（Java Memory Model，简称JMM）定义了Java程序在运行过程中对内存的使用规范。它包括内存的访问方式、数据存储的位置以及多线程之间数据共享的规则等。

### 2.1 堆和栈的区别

在Java中，堆（Heap）和栈（Stack）是两种常见的内存区域，它们在内存分配和用途上具有不同的特点。

- 堆: 堆是被所有线程共享的一块内存区域，用于存储对象实例。在Java中，通过`new`关键字创建的对象都在堆上进行分配和存储。堆的特点是动态分配和回收内存空间，对象的大小可以在运行时动态变化。

- 栈: 栈是每个线程独享的一块内存区域，用于存储局部变量、方法参数和方法返回值等。栈的特点是后进先出（LIFO），即最后一个进栈的元素首先出栈。栈的大小在程序运行时确定，并且会随着方法的调用和返回而动态地分配和释放内存空间。

### 2.2 程序计数器

程序计数器（Program Counter，简称PC）是一块内存区域，用于存储当前线程执行的字节码指令的地址。每个线程都有一个独立的程序计数器，用于记录当前线程执行的位置。当线程执行一个方法时，程序计数器记录的是正在执行的指令地址；当线程执行一个native方法（由本地代码实现的方法）时，程序计数器的值为空（Undefined），因为native方法不是由JVM执行的。

### 2.3 方法区

方法区（Method Area）是存储类的结构信息、静态变量、常量和代码等数据的内存区域。方法区也被称为永久代（Permanent Generation）或元空间（Metaspace）。

方法区存储的数据在整个程序执行过程中都保持不变，直到程序退出或虚拟机关闭。方法区的大小可以通过设置虚拟机参数进行调整。

在Java 8及之前的版本中，方法区是虚拟机规范的一部分，使用永久代来实现。而在Java 8后，永久代被称为元空间，并且将方法区的数据移到了本地内存中。

方法区中的数据包括：
- 类型信息（如类的全限定名、父类、实现的接口等）
- 静态变量（类级别的变量）
- 常量（如String常量池、数字常量）
- 字节码（存放编译后的字节码指令）
- 符号引用（符号引用是一种在解析阶段用到的地址，包括类、方法、字段等符号的引用）

## 3. 对象的创建和内存分配

### 3.1 对象的生命周期

在Java中，对象的生命周期包括以下几个阶段：

1. 创建阶段：使用关键字`new`创建对象，此时对象的实例变量被分配内存空间，并进行默认初始化。
2. 初始化阶段：通过构造方法对对象的实例变量进行初始化，可以进行自定义的操作。
3. 使用阶段：对象可以被使用，执行相关的业务逻辑。
4. 垃圾回收阶段：当对象不再被引用或引用被释放时，垃圾回收器会回收对象所占用的内存空间，释放资源。

### 3.2 类加载过程

在Java中，类的加载过程由虚拟机的类加载器负责完成，主要分为以下几个步骤：

1. 加载：将类的字节码文件加载到内存中。
2. 验证：对类的字节码文件进行验证，确保字节