Cómo funciona la memoria en Java

Una de las principales ventajas de Java desde su primera versión fue que los desarrolladores no tenían que preocuparse por la gestión de memoria, ya que Java podía mantenerla limpia y liberarls automáticamente. Pero cualquier buen desarrollador debe conocer los conceptos básicos sobre cómo Java maneja la memoria para evitar fugas de memoria (memory leaks) y cuellos de botella (bottlenecks).

Para empezar, Java divide la memoria en dos segmentos bien diferenciados:

  • Heap: instancias, variables,...
  • Non-Heap/Perm: Código, metadatos, ...

Como primer paso para optimizar la memoria en Java, debemos centrarnos en el Heap, ya que es lo que podemos "controlar". El Heap se divide en dos generaciones según su vida útil:

  • Young Generation
  • Old Generation

Normalmente la generación joven está compuesta de variables locales y objetos temporales. Mientras que la generación vieja suele componerse de estructuras que son necesarias durante toda la ejecución como configuraciones.

La generación joven se divide en dos:

  • Eden: Aquí es donde se crean los objetos inicialmente
  • Survivor: Es como el limbo a través del que se pasa de la generación Young a la generación Old .

El Recolector de Basura (Garbage Collector)

El recolector de basura es el sistema que se asegura de que la memoria esté limpia. Realiza dos tipos de tareas periódicas:

  • Minor Collection: Que revisa de forma rápida la generación joven.
  • Major Collection: Que revisa de forma exhaustiva toda la memoria, fundamentalmente la generación vieja.

El recolector de basura se ejecuta al mismo tiempo que la ejecución normal del programa. Cada ejecución implica una pequeña pausa (generalmente milisegundos) en todos los subprocesos que se ejecutan en ese momento. Mientras la memoria de la aplicación se mantiene en buen estado, el recolector de basura limitará sus acciones a recolecciones menores (minor collection), para no interferir con el flujo de la aplicación.

Different memory strategies

Existen varias implementaciones del Recolector de Basura, siendo la más común el Serial Collector. Esta implementación, además de ser la más sencilla, utiliza sólo un procesador. Si se está usando una máquina más potente, con varios procesadores y una buena cantidad de memoria física, se puede activar el Parallel Collector , que utiliza varias CPUs a la vez. Esto mejora la forma en que funciona el recolector de basura. También puede paralelizar el flujo de ejecución normal de la aplicación.

De todas formas, para el buen funcionamiento y limpieza de la memoria, conviene tener pequeños objetos temporales de vida corta antes que objetos largos y duraderos. Los pequeños objetos temporales se quedarán en el Eden, por lo que se recolectarán mucho antes y de forma mucho más rápida.

Así mismo, tener objetos en memoria sin usar, aunque no molesten a la ejecución del programa, ralentizan la ejecución del Recolector de Basura, porque tendrá que procesarlos una y otra vez en todas sus pasadas.

En algún momento puede parecer tentador forzar una ejecución del Recolector de Basura llamando a System.gc(). Sin embargo, esto lo único que hará será forzar una major collection de forma asíncrona, rompiendo completamente toda la heurística del Recolector de Basura. Es tan desaconsejable que hasta hay una opción en la máquina virtual para desactivar estas llamadas: -XX:+DisableExplicitGC

References

Para ayudar a la tarea del Recolector de Basura, existen tres tipos de references when defining objects:

  • Weak: No impide que el GC borre la instancia asociada.
  • Soft: El GC respeta el enlace y elimina la instancia solo si se necesita memoria. Útil para el almacenamiento en caché, pero puede ser engañoso.
  • Phantom: Siempre devuelve nulo. El enlace realmente no apunta al objeto. Se puede usar para borrar instancias antes de tomar el objeto que lo une.

Por ejemplo, podemos usar WeakHashMap, que se usa como un HashMap, pero usando referencias Weak. De esta forma, si los objetos que contiene sólo están referenciados en dicho HashMap, considera que ya no son útiles y los borra.

Autor: María Arias de Reyna Domínguez

Redhatter, Feminist, Geoinquieta, Atheist, crazy of the pussy and Social Justice Warrior. Chaotic good.

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