垃圾收集策略与算法

垃圾收集 Garbage Collection 一般被称为“GC”，它诞生于1960年 MIT 的 Lisp 语言，通过半个多世纪，目前已经十分红熟了。在jvm 中，程序计数器、java虚拟机栈、本地方法栈都是随线程而生随线程而灭，栈帧随着方法的进入和退出作入栈和出栈操做，实现了自动的内存清理，所以，咱们的内存垃圾回收主要集中于 java 堆和方法区中，在程序运行期间，这部份内存的分配和使用都是动态的.java

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈随线程而生，也随线程而灭；栈帧随着方法的开始而入栈，随着方法的结束而出栈。这几个区域的内存分配和回收都具备肯定性，在这几个区域内不须要过多考虑回收的问题，由于方法结束或者线程结束时，内存天然就跟随着回收了。：而对于 Java 堆和方法区，咱们只有在程序运行期间才能知道会建立哪些对象，这部份内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的正是这部份内存。算法

1.断定对象是否存活

若一个对象不被任何对象或变量引用，那么它就是无效对象，须要被回收。缓存

引用计数法

在对象头维护着一个 counter 计数器，对象被引用一次则计数器 +1；若引用失效则计数器 -1。当计数器为 0 时，就认为该对象无效了。安全

引用计数算法的实现简单，断定效率也很高，在大部分状况下它都是一个不错的算法。可是主流的 Java 虚拟机里没有选用引用计数算法来管理内存，主要是由于它很难解决对象之间循环引用的问题。jvm

举个栗子👉对象 objA 和 objB 都有字段 instance，令 objA.instance = objB 而且 objB.instance = objA，因为它们互相引用着对方，致使它们的引用计数都不为 0，因而引用计数算法没法通知 GC 收集器回收它们。this

可达性分析法

全部和 GC Roots 直接或间接关联的对象都是有效对象，和 GC Roots 没有关联的对象就是无效对象。spa

GC Roots 是指：线程

Java 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
本地方法栈中引用的对象
方法区中常量引用的对象
方法区中类静态属性引用的对象

GC Roots 并不包括堆中对象所引用的对象，这样就不会有循环引用的问题。设计

2.引用的种类

断定对象是否存活与“引用”有关。在 JDK 1.2 之前，Java 中的引用定义很传统，一个对象只有被引用或者没有被引用两种状态，咱们但愿能描述这一类对象：当内存空间还足够时，则保留在内存中；若是内存空间在进行垃圾手收集后仍是很是紧张，则能够抛弃这些对象。不少系统的缓存功能都符合这样的应用场景。code

在 JDK 1.2 以后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为了如下四种。不一样的引用类型，主要体现的是对象不一样的可达性状态reachable和垃圾收集的影响。

强引用（Strong Reference）

相似 "Object obj = new Object()" 这类的引用，就是强引用，只要强引用存在，垃圾收集器永远不会回收被引用的对象。可是，若是咱们错误地保持了强引用，好比：赋值给了 static 变量，那么对象在很长一段时间内不会被回收，会产生内存泄漏。

咱们使用的大部分的引用都是强引用，这是使用最广泛的引用。若是一个对象具备强引用，那就相似于必不可少的生活用品，垃圾回收器毫不会回收它。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具备强引用的对象来解决内存不足问题。

强引用就是指在程序代码之中广泛存在的，好比下面这段代码中的object和str都是强引用：

Object object = new Object();
String str = "hello";

软引用（Soft Reference）

软引用是一种相对强引用弱化一些的引用，可让对象豁免一些垃圾收集，只有当 JVM 认为内存不足时，才会去试图回收软引用指向的对象。JVM 会确保在抛出 OutOfMemoryError 以前，清理软引用指向的对象。软引用一般用来实现内存敏感的缓存，若是还有空闲内存，就能够暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。

弱引用（Weak Reference）

弱引用的强度比软引用更弱一些。当 JVM 进行垃圾回收时，不管内存是否充足，都会回收只被弱引用关联的对象。

虚引用（Phantom Reference）

虚引用也称幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，彻底不会对其生存时间构成影响。它仅仅是提供了一种确保对象被 finalize 之后，作某些事情的机制，好比，一般用来作所谓的 Post-Mortem 清理机制。

"虚引用"顾名思义，就是形同虚设，与其余几种引用都不一样，虚引用并不会决定对象的生命周期。若是一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用同样，在任什么时候候均可能被垃圾回收。

特别注意，在程序设计中通常不多使用弱引用与虚引用，使用软引用的状况较多，这是由于软引用能够加速JVM对垃圾内存的回收速度，能够维护系统的运行安全，防止内存溢出（OutOfMemory）等问题的产生。

3.回收堆中无效对象

Java中负责内存回收的是JVM

对于可达性分析中不可达的对象，也并非没有存活的可能。

断定 finalize() 是否有必要执行

JVM 会判断此对象是否有必要执行 finalize() 方法，若是对象没有覆盖 finalize() 方法，或者 finalize() 方法已经被虚拟机调用过，那么视为“没有必要执行”。那么对象基本上就真的被回收了。

若是对象被断定为有必要执行 finalize() 方法，那么对象会被放入一个 F-Queue 队列中，虚拟机会以较低的优先级执行这些 finalize()方法，但不会确保全部的 finalize() 方法都会执行结束。若是 finalize() 方法出现耗时操做，虚拟机就直接中止指向该方法，将对象清除。

对象重生或死亡

若是在执行 finalize() 方法时，将 this 赋给了某一个引用，那么该对象就重生了。若是没有，那么就会被垃圾收集器清除。

任何一个对象的 finalize() 方法只会被系统自动调用一次，若是对象面临下一次回收，它的 finalize() 方法不会被再次执行，想继续在 finalize() 中自救就失效了。

finalize() 是Object中的方法，当垃圾回收器将要回收对象所占内存以前被调用，即当一个对象被虚拟机宣告死亡时会先调用它finalize()方法，让此对象处理它生前的最后事情（这个对象能够趁这个时机挣脱死亡的命运）。

4.回收方法区内存

方法区中存放生命周期较长的类信息、常量、静态变量，每次垃圾收集只有少许的垃圾被清除。方法区中主要清除两种垃圾：

废弃常量
无用的类

断定废弃常量

只要常量池中的常量不被任何变量或对象引用，那么这些常量就会被清除掉。好比，一个字符串 "bingo" 进入了常量池，可是当前系统没有任何一个 String 对象引用常量池中的 "bingo" 常量，也没有其它地方引用这个字面量，必要的话，"bingo"常量会被清理出常量池。

断定无用的类

断定一个类是不是“无用的类”，条件较为苛刻。

该类的全部对象都已经被清除
加载该类的 ClassLoader 已经被回收
该类的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，没法在任何地方经过反射访问该类的方法。

一个类被虚拟机加载进方法区，那么在堆中就会有一个表明该类的对象：java.lang.Class。这个对象在类被加载进方法区时建立，在方法区该类被删除时清除。

5.垃圾收集算法

学会了如何断定无效对象、无用类、废弃常量以后，剩余工做就是回收这些垃圾。常见的垃圾收集算法有如下几个：

标记-清除算法

标记的过程：遍历全部的 GC Roots，而后将全部 GC Roots 可达的对象标记为存活的对象。
清除的过程：将遍历堆中全部的对象，将没有标记的对象所有清除掉。与此同时，清除那些被标记过的对象的标记，以便下次的垃圾回收。

这种方法有两个不足：

效率问题：标记和清除两个过程的效率都不高。
空间问题：标记清除以后会产生大量不连续的内存碎片，碎片太多可能致使之后须要分配较大对象时，没法找到足够的连续内存而不得不提早触发另外一次垃圾收集动做。

标记-整理算法（老年代）

标记：它的第一个阶段与标记/清除算法是如出一辙的，均是遍历 GC Roots，而后将存活的对象标记。
整理：移动全部存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，而后将末端内存地址之后的内存所有回收。所以，第二阶段才称为整理阶段。

这是一种老年代的垃圾收集算法。老年代的对象通常寿命比较长，所以每次垃圾回收会有大量对象存活，若是采用复制算法，每次须要复制大量存活的对象，效率很低。

复制算法（新生代）

为了解决效率问题，“复制”收集算法出现了。将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块内存用完，须要进行垃圾收集时，就将存活者的对象复制到另外一块上面，而后将第一块内存所有清除。

优势：不会有内存碎片的问题。
缺点：内存缩小为原来的一半，浪费空间。

为了解决空间利用率问题，能够将内存分为三块： Eden、From Survivor、To Survivor，比例是 8:1:1，每次使用 Eden 和其中一块 Survivor。回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活的对象一次性复制到另一块 Survivor 空间上，最后清理掉 Eden 和刚才使用的 Survivor 空间。这样只有 10% 的内存被浪费。

可是咱们没法保证每次回收都只有很少于 10% 的对象存活，当 Survivor 空间不够，须要依赖其余内存（指老年代）进行分配担保。

分配担保

为对象分配内存空间时，若是 Eden+Survivor 中空闲区域没法装下该对象，会触发 MinorGC 进行垃圾收集。但若是 Minor GC 事后依然有超过 10% 的对象存活，这样存活的对象直接经过分配担保机制进入老年代，而后再将新对象存入 Eden 区。

增量算法

增量算法的基本思想是，若是一次性将全部的垃圾进行处理，须要形成系统长时间的停顿，那么就可让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次，垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成。使用这种方式，因为在垃圾回收过程当中，间断性地还执行了应用程序代码，因此能减小系统的停顿时间。可是，由于线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的整体成本上升，形成系统吞吐量的降低。

分代收集算法

根据对象存活周期的不一样，将内存划分为几块。通常是把 Java 堆分为新生代和老年代，针对各个年代的特色采用最适当的收集算法。

新生代：复制算法
老年代：标记-清除算法、标记-整理算法

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