JVM|04垃圾回收

什么是垃圾回收机制

背景知识

程序的运行必然须要申请内存资源，无效的对象资源若是不及时处理就会一直占有内存资源，最终将致使内存溢出，因此对内存资源的管理是很是重要了。

Java语言的垃圾回收

为了让程序员更专一于代码的实现，而不用过多的考虑内存释放的问题，因此，在Java语言中，有了自动的垃圾回收机制，也就是咱们熟悉的GC。
有了垃圾回收机制后，程序员只须要关心内存的申请便可，内存的释放由系统自动识别完成。
换句话说，自动的垃圾回收的算法就会变得很是重要了，若是由于算法的不合理，致使内存资源一直没有释放，一样也可能会致使内存溢出的。
固然，除了Java语言，C#、Python等语言也都有自动的垃圾回收机制。

Java的垃圾回收经常使用算法

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引用计数法

原理

假设有一个对象A，任何一个对象对A的引用，那么对象A的引用计数器+1，当引用失败时，对象A的引用计数器就-1，若是对象A的计数器的值为0，就说明对象A没有引用了，能够被回收。

优劣分析

1. 优点
   实时性较高，无需等到内存不够的时候，才开始回收，运行时根据对象的计数器是否为0，就能够直接回收。
   在垃圾回收过程当中，应用无需挂起。若是申请内存时，内存不足，则马上报
   outofmember 错误。
   区域性，更新对象的计数器时，只是影响到该对象，不会扫描所有对象。

2. 劣势
   每次对象被引用时，都须要去更新计数器，有一点时间开销。
   浪费CPU资源，即便内存够用，仍然在运行时进行计数器的统计。
   没法解决循环引用问题。（最大的缺点）
   循环问题演示：

class TestA {
    public TestB b ;
}
class TestB{
    public TestA a;
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TestA a = new TestA();
        TestB b = new TestB();
        a.b = b;
        b.a = a;
        a = null;
        b = null;
//     虽然被设置为null，可是a与b之间依旧存在着循环引用的问题
    }
}

标记-清除算法

原理

标记清除算法，是将垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除。
标记：从根节点开始标记引用的对象。
清除：未被标记引用的对象就是垃圾对象，能够被清理。

初始状态下，全部的目标对象都是为0（未被标记）
待jvm出现有效内存耗尽，就会挂起线程，执行GC线程，进行标记

从根节点进行标记到最后，而后回收未被标记的对象。
清理完毕以后挂起gc线程，从新执行原先被挂起的线程。
而被标记的对象会被从新置0；

优劣分析

1. 优点
   很明显的解决了循环应用致使的不能被回收的问题

2. 缺点
   缺点也很明显
   效率较低，标记和清除两个动做都须要遍历全部的对象，而且在GC时，须要中止应用程序，对于交互性要求比较高的应用而言这个体验是很是差的。
   经过标记清除算法清理出来的内存，碎片化较为严重，由于被回收的对象可能存在于内存的各个角落，因此清理出来的内存是不连贯的

标记-压缩算法

原理

标记压缩算法是在标记清除算法的基础之上，作了优化改进的算法。和标记清除算法同样，也是从根节点开始，对对象的引用进行标记，在清理阶段，并非简单的清理未标记的对象，而是将存活的对象压缩到内存的一端，而后清理边界之外的垃圾，从而解决了碎片化的问题。

优劣分析

1. 优势
   在标记清除算法的基础上解决了产生碎片的问题

2. 缺点
   算法多出一步压缩，因此在性能上也会有所影响

复制算法

原理

复制算法的核心就是：将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块，在垃圾回收时，将正在使用的对象复制到另外一个内存空间中，而后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收。
典型的复制算法的落地实现就是：jvm中堆内存的年轻代的gc策略（具体能够看我jvm系列的博客的内存模型的那一部份内容）

1. 在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区，Survivor 区“To”是空的。

2. 紧接着进行GC，Eden区中全部存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到必定值(年龄阈值，能够经过- XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。

3. 通过此次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。无论怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。

4. GC会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满以后，会将全部象移动到年老代中。

优劣分析

1. 优点
   在垃圾对象多的状况下，效率较高
   清理后，内存无碎片

2. 劣势
   在垃圾对象少的状况下，不适用，如：老年代内存
   分配的2块内存空间，在同一个时刻，只能使用一半，内存使用率仅有50%

分代算法

前面介绍了多种回收算法，每一种算法都有本身的优势也有缺点，谁都不能替代谁，因此根据垃圾回收对象的特色进行选择，才是明智的选择。分代算法其实就是这样的，根据回收对象的特色进行选择，在jvm中，年轻代适合使用复制算法，老年代适合使用标记清除或标记压缩算法