Память.
Обычно память в Java делится на две большие части: стек и куча.
Стек (Stack)
Стековая память отвечает за хранение ссылок на объекты кучи и за хранение типов значений (также известных в Java как примитивные типы), которые содержат само значение, а не ссылку на объект из кучи.
Кроме того, переменные в стеке имеют определенную видимость, также называемую областью видимости. Используются только объекты из активной области. Например, предполагая, что у нас нет никаких глобальных переменных (полей) области видимости, а только локальные переменные, если компилятор выполняет тело метода, он может получить доступ только к объектам из стека, которые находятся внутри тела метода. Он не может получить доступ к другим локальным переменным, так как они не входят в область видимости.
Куча (Heap)
Эта часть памяти хранит в памяти фактические объекты, на которые ссылаются переменные из стека.
JVM разделяет используемую ею память на две области: куча (heap), в которой хранятся данные приложения, и не-куча (non-heap), в которой хранится код программы и другие вспомогательные данные.
Если приложение при работе самостоятельно не генерирует новые классы и не занимается постоянной подгрузкой / выгрузкой классов, то состояние non-heap в долгосрочной перспективе будет близким к статичному и мало поддающимся оптимизации. В связи с этим, механизмы функционирования области non-heap мы здесь рассматривать не будем, а сосредоточимся на той области, где наши усилия принесут наибольшую выгоду. Все объекты, которые явно или неявно создаются Java-приложением, размещаются в куче.
Процесс сборки мусора
Подавляющее большинство объектов создаются на очень короткое время, они становятся ненужными практически сразу после их первого использования. Итераторы, локальные переменные методов, результаты боксинга и прочие временные объекты, которые зачастую создаются неявно, попадают именно в эту категорию
Далее идут объекты, создаваемые для выполнения более-менее долгих вычислений. Их жизнь чуть разнообразнее — они обычно гуляют по различным методам, трансформируясь и обогащаясь в процессе, но после этого становятся ненужными и превращаются в мусор. Благодаря таким объектам возникает небольшой бугорок на графике следом за пиком временных объектов.
И, наконец, объекты-старожилы, переживающие почти всех — это постоянные данные программы, загружаемые часто в самом начале и проживающие долгую и счастливую жизнь до остановки приложения.
Все это навело разработчиков на мысль, что в первую очередь необходимо сосредотачиваться на очистке тех объектов, которые были созданы совсем недавно. Именно среди них чаще всего находится бóльшее число тех, кто уже отжил свое, и именно здесь можно получить максимум эффекта при минимуме трудозатрат.
Вот тут и возникает идея разделения объектов на младшее поколение (young (new) generation) и старшее поколение (old generation). В соответствии с этим разделением и процессы сборки мусора разделяются на малую сборку (minor GC), затрагивающую только младшее поколение, и полную сборку (full GC), которая может затрагивать оба поколения. Малые сборки выполняются достаточно часто и удаляют основную часть мертвых объектов. Полные сборки выполняются тогда, когда текущий объем выделенной программе памяти близок к исчерпанию и малой сборкой уже не обойтись.
При этом разделение объектов по поколениям не просто условное, они физически размещаются в разных регионах памяти. Объекты из младшего поколения по мере выживания в сборках мусора переходят в старшее поколение. В старшем поколении объект может прожить до окончания работы приложения, либо будет удален в процессе одной из полных сборок мусора.
Традиционно, при определении эффективности работы сборщика мусора учитываются следующие факторы:
- Максимальная задержка — максимальное время, на которое сборщик приостанавливает выполнение программы для выполнения одной сборки. Такие остановки называются stop-the-world (или STW).
- Пропускная способность — отношение общего времени работы программы к общему времени простоя, вызванного сборкой мусора, на длительном промежутке времени.
- Потребляемые ресурсы — объем ресурсов процессора и/или дополнительной памяти, потребляемых сборщиком.
Типы ссылок в Java
Если вы внимательно посмотрите на изображение структуры памяти, вы, вероятно, заметите, что стрелки, представляющие ссылки на объекты из кучи, на самом деле относятся к разным типам. Это потому, что в языке программирования Java используются разные типы ссылок: сильные, слабые, мягкие и фантомные ссылки. Разница между типами ссылок заключается в том, что объекты в куче, на которые они ссылаются, имеют право на сборку мусора по различным критериям. Рассмотрим подробнее каждую из них.
- Сильная ссылка
StringBuilder builder = new StringBuilder();
Это самые популярные ссылочные типы, к которым мы все привыкли. В приведенном выше примере со StringBuilder мы фактически храним сильную ссылку на объект из кучи. Объект в куче не удаляется сборщиком мусора, пока на него указывает сильная ссылка или если он явно доступен через цепочку сильных ссылок.
2. Слабая ссылка
Попросту говоря, слабая ссылка на объект из кучи, скорее всего, не сохранится после следующего процесса сборки мусора. Слабая ссылка создается следующим образом:
WeakReference<StringBuilder> reference = new WeakReference<>(new StringBuilder());
Хорошим вариантом использования слабых ссылок являются сценарии кеширования. Представьте, что вы извлекаете некоторые данные и хотите, чтобы они также были сохранены в памяти - те же данные могут быть запрошены снова. С другой стороны, вы не уверены, когда и будут ли эти данные запрашиваться снова. Таким образом, вы можете сохранить слабую ссылку на него, и в случае запуска сборщика мусора, возможно, он уничтожит ваш объект в куче. Следовательно, через некоторое время, если вы захотите получить объект, на который вы ссылаетесь, вы можете внезапно получить null значение.
3. Мягкая ссылка
Эти типы ссылок используются для более чувствительных к памяти сценариев, поскольку они будут собираться сборщиком мусора только тогда, когда вашему приложению не хватает памяти. Следовательно, пока нет критической необходимости в освобождении некоторого места, сборщик мусора не будет касаться легко доступных объектов. Java гарантирует, что все объекты, на которые имеются мягкие ссылки, будут очищены до того, как будет выдано исключение OutOfMemoryError. Подобно слабым ссылкам, мягкая ссылка создается следующим образом:
SoftReference<StringBuilder> reference = new SoftReference<>(new StringBuilder());
4. Фантомная ссылка
Используется для планирования посмертных действий по очистке, поскольку мы точно знаем, что объекты больше не живы. Используется только с очередью ссылок, поскольку .get()метод таких ссылок всегда будет возвращаться null. Эти типы ссылок считаются предпочтительными для финализаторов.
