工作以來，代碼越寫越多，程序也越來越臃腫，效率越來越低，對于我這樣一個追求完美的程序員來說，這是絕對不被允許的，于是除了不斷優化程序結構外，內存優化和性能調優就成了我慣用的“伎倆”。

要對Java程序進行內存優化和性能調優，不了解虛擬機的內部原理(或者叫規范更嚴謹一點)是肯定不行的，這里推薦一本好書《深入Java虛擬機(第二版)》(Bill Venners著，曹曉剛 蔣靖 譯，實際上本文正是作者閱讀本書之后，對Java虛擬機的個人理解闡述)。當然了，了解Java虛擬機的好處并不僅限于上述兩點好處。從更深一點的技術層面上看，了解Java虛擬機的規范和實現，將更加有助于我們編寫高效、穩定的Java代碼。比如，假如了解Java虛擬機的內存模型，了解虛擬機的內存回收機制，那么我們就不會過分依賴它，而會在需要的時候顯式的”釋放內存”(Java代碼不能顯式釋放內存，但是可以通過釋放對象引用告知垃圾回收器回收該對象需要被回收)，以降低不必要的內存消耗；假如我們了解Java棧的工作原理，那么我們就可以通過減少遞歸層數，減少循環次數來降低堆棧溢出的風險。可能對于應用開發人員來說，可能不會直接去涉及這些Java虛擬機底層實現的工作，但是了解這些背景知識，或多或少，都會對我們寫的程序產生潛移默化的好的影響。

本篇文章，將簡明扼要的說明Java虛擬機的體系結構和內存模型，如有用詞不妥或解釋不準確之處，請不吝指正，深感榮幸!

Java 虛擬機體系結構

類裝載子系統

Java虛擬機有兩種類裝載器，分別是啟動類裝載器和用戶自定義裝載器。

通類裝載子系統通過類的全限定名（包名和類名，網絡裝載還包括 URL）將 Class 裝載進運行時數據區。對于每一個被裝載的類型，Java虛擬機都會創建一個java.lang.Class類的實例來代表該類型，該實例被放在內存中的堆區，而裝載的類型信息則位于方法區，這一點和所有其他對象都是一樣的。

類裝載子系統在裝載一個類型前，除了要定位和導入對應的二進制class文件外，還要驗證導入類的正確性，為類變量分配并初始化內存，以及解析符號引用為直接引用，這些動作嚴格按照以下順序進行：

1）裝載――查找并裝載類型的二進制數據；

2）連接――執行驗證，準備以及解析(可選)

3）驗證 確保被導入類型的正確性

4）準備 為類變量分配內存，并將其初始化為默認值

5）解析 把類型中的符號引用轉換為直接應用

方法區

對于每一個被類裝載子系統裝載的類型，虛擬機都會保存下列數據到方法區：

1.類型的全限定名

2.類型超類的全限定名(java.lang.Object沒有超類)

3.類型是類類型還是接口類型

4.類型的訪問修飾符

5.任何直接超接口的全限定名有序列表

除了上述基本類型信息，還將保存如下信息：

6.類型的常量池
7.字段信息(包括字段名、字段類型、字段修飾符)
8.方法信息(包括方法名、返回類型、參數的數量和類型、方法修飾符，如果方法不是抽象和本地的，還將保存方法的字節碼、操作數棧和該方法棧幀中的局部變量區的大小和異常表)
9.常量以外的所有類變量(其實就是類的靜態變量，因為靜態變量是所有實例共享的，且與類型直接相關，所以他們是類一級的變量，作為類的成員被保存在方法區)
10.一個到類ClassLoader的引用

//返回的就是剛才保存的ClassLoader引用 String.class.getClassLoader();一個到Class類的引用//將返回剛才保存的Class類的引用 String.class;

注意，方法區也是可以被垃圾回收器回收的。

堆

Java程序在運行時創建的所有類實例或數組都放在同一個堆中，而每一個Java虛擬機也是有一個堆空間，所有線程共享一個堆(這就是一個多線程的Java程序會產生對象訪問的同步問題的原因了)。

由于每一種Java虛擬機都有對虛擬機規范的不同實現，所以我們可能不知道每一種Java虛擬機在堆中是以何種形式表示對象實例的，不過我們可以通過下面這可能的實現來一窺端倪：

程序計數器

對于運行中的Java程序而言，每一個線程都有自己的PC（程序計數器）寄存器，它是在該線程啟動時創建的，大小為一個字長，用來保存需要被執行的下一行代碼的位置。

Java棧

每一個線程都有一個Java棧，以棧幀為單位保存線程的運行狀態。虛擬機對Java棧的操作有兩種：壓棧和出棧，二者都已幀為單位。棧幀保存了傳入參數、局部變量、中間運算結果等數據，在方法完成時被彈出，然后釋放。

看一下兩個局部變量相加時棧幀的內存快照

本地方法棧

這是 Java 調用操作系統本地庫的地方，用來實現 JNI（Java Native Interface，Java 本地接口）

執行引擎

Java虛擬機的核心，控制裝入 Java 字節碼并解析；對于運行中的Java程序而言，每一個線程都是一個獨立的虛擬機執行引擎的實例，從線程生命周期的開始到結束，他要么在執行字節碼，要么在執行本地方法。

本地接口

連接了本地方法棧和操作系統庫。

注:文中所有提到”Java虛擬機”的地方都是指”JavaEE和JavaSE平臺的Java虛擬機規范”。

虛擬機內存優化實踐

既然提到內存，就不得不說到內存泄露。眾所周知，Java是從C++的基礎上發展而來的，而C++程序的很大的一個問題就是內存泄露難以解決，盡管Java的JVM有一套自己的垃圾回收機制來回收內存，在許多情況下并不需要java程序開發人員操太多的心，但也是存在泄露問題的，只是比C++小一點。比如說，程序中存在被引用但無用的對象：程序引用了該對象，但后續不會或者不能再使用它，那么它占用的內存空間就浪費了。

我們先來看看GC是如何工作的:監控每一個對象的運行狀態，包括對象的申請、引用、被引用、賦值等，當該對象不再被引用時，釋放對象(GC本文的重點，不做過多闡述)。很多Java程序員過分依賴GC，但問題的關鍵是無論JVM的垃圾回收機制做得多好，內存總歸是有限的資源，因此就算GC會為我們完成了大部分的垃圾回收，但適當地注意編碼過程中的內存優化還是很必要的。這樣可以有效的減少GC次數，同時提升內存利用率，最大限度地提高程序的效率。

總體而言，Java虛擬機的內存優化應從兩方面著手：Java虛擬機和Java應用程序。前者指根據應用程序的設計通過虛擬機參數控制虛擬機邏輯內存分區的大小以使虛擬機的內存與程序對內存的需求相得益彰；后者指優化程序算法，降低GC負擔，提高GC回收成功率。

通過參數優化虛擬機內存的參數如下所示：

Xms

初始Heap大小

Xmx

java heap最大值

Xmn

young generation的heap大小

Xss

每個線程的Stack大小

上面是三個比較常用的參數，還有一些：

XX:MinHeapFreeRatio=40

Minimum percentage of heap free after GC to avoid expansion.

XX:MaxHeapFreeRatio=70

Maximum percentage of heap free after GC to avoid shrinking.

XX:NewRatio=2

Ratio of new/old generation sizes. [Sparc -client:8; x86 -server:8; x86 -client:12.]-client:8 (1.3.1+), x86:12]

XX:NewSize=2.125m

Default size of new generation (in bytes) [5.0 and newer: 64 bit VMs are scaled 30% larger; x86:1m; x86, 5.0 and older: 640k]

XX:MaxNewSize=

Maximum size of new generation (in bytes). Since 1.4, MaxNewSize is computed as a function of NewRatio.

XX:SurvivorRatio=25

Ratio of eden/survivor space size [Solaris amd64: 6; Sparc in 1.3.1: 25; other Solaris platforms in 5.0 and earlier: 32]

XX:PermSize=

Initial size of permanent generation

XX:MaxPermSize=64m

Size of the Permanent Generation. [5.0 and newer: 64 bit VMs are scaled 30% larger; 1.4 amd64: 96m; 1.3.1 -client: 32m.]

下面所說通過優化程序算法來提高內存利用率，并降低內存風險，完全是經驗之談，僅供參考，如有不妥，請指正，謝謝！

1.盡早釋放無用對象的引用(XX = null;)

看一段代碼：

public List<PageData> parse(HtmlPage page) {   List<PageData> list = null;     try {    List valueList = page.getByXPath(config.getContentXpath());    if (valueList == null || valueList.isEmpty()) {     return list;    }    //需要時才創建對象,節省內存，提高效率    list = new ArrayList<PageData>();    PageData pageData = new PageData();    StringBuilder value = new StringBuilder();    for (int i = 0; i < valueList.size(); i++) {     HtmlElement content = (HtmlElement) valueList.get(i);     DomNodeList<HtmlElement> imgs = content.getElementsByTagName("img");     if (imgs != null && !imgs.isEmpty()) {      for (HtmlElement img : imgs) {       try {        HtmlImage image = (HtmlImage) img;        String path = image.getSrcAttribute();        String format = path.substring(path.lastIndexOf("."), path.length());        String localPath = "D:/images/" + MD5Helper.md5(path).replace("http://", ",").replace("/", ",") + format;        File localFile = new File(localPath);        if (!localFile.exists()) {         localFile.createNewFile();         image.saveAs(localFile);        }        image.setAttribute("src", "file:///" + localPath);        localFile = null;        image = null;        img = null;       } catch (Exception e) {       }      }      //這個對象以后不會在使用了，清除對其的引用，等同于提前告知GC，該對象可以回收了      imgs = null;     }     String text = content.asXml();     value.append(text).append("<br/>");     valueList=null;     content = null;     text = null;    }    pageData.setContent(value.toString());    pageData.setCharset(page.getPageEncoding());       list.add(pageData);    //這里 pageData=null; 是沒用的，因為list仍然持有該對象的引用，GC不會回收它    value=null;    //這里可不能 list=null; 因為list是方法的返回值，否則你從該方法中得到的返回值永遠為空，而且這種錯誤不易被發現、排除   } catch (Exception e) {      }     return list; }

2.謹慎使用集合數據類型，如數組，樹，圖，鏈表等數據結構，這些數據結構對GC來說回收更復雜。

3.避免顯式申請數組空間，不得不顯式申請時，盡量準確估計其合理值。

4.盡量避免在類的默認構造器中創建、初始化大量的對象，防止在調用其自類的構造器時造成不必要的內存資源浪費

5.盡量避免強制系統做垃圾內存的回收，增長系統做垃圾回收的最終時間

6.盡量做遠程方法調用類應用開發時使用瞬間值變量，除非遠程調用端需要獲取該瞬間值變量的值。

7.盡量在合適的場景下使用對象池技術以提高系統性能