谈谈JVM垃圾回收

做者：fzsyw

一，概述

 

Java运行时区域中，程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈三个区域随着线程的而生，随线程而死，这几个区域的内存分配和回收都具有肯定性，不须要过多考虑回收问题。而Java堆和方法区则不同，一个接口的多个实现类须要的内存不同，一个方法的多个分支须要的内存可能也不一眼，咱们只有在运行期，才能知道会建立的对象，这部分的内存分配和回收，是垃圾回收器所关注的。垃圾回收器须要完成三个问题：那些内存须要回收；何时回收以及如何回收。

二，哪些垃圾须要回收

 

垃圾回收的基本思想是考察一个对象的可达性，即从根节点开始是否能够访问到这个对象，若是能够，则说明对象正在被使用，相反若是从根节点没法访问到这个对象，说明对象已经再也不使用了，通常来讲此对象就是须要被回收的。这个算法为根搜索算法。

 

2.1可达性分析

 

可是实际中，一个不可达的对象有可能在某种条件下“复活”本身，那么对它的回收就是不合理的。为此给出一个对象可达性状态的定义，并规定了在什么状态下能够安全的回收对象。可达性对象包含了如下三种状态。

• 可达的：从根节点开始，按照引用节点，能够搜索到这个对象

• 可复活的：对象的全部引用都被释放，可是对象可能在finalize()方法中复活本身。

• 不可达的：对象的finalize()方法被调用，而且没有复活，那么就进入不可达状态。不可达的对象不可能会被“复活”，由于finalize()方法只能调用一次。

   

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  /** *  * <p>Description: 1.对象被GC时，能够经过finalize拯救 2.finalize只被调用一次 </p>   * @date 2019年8月25日   * @version 1.0 */public class FinalizeTest {
      private static FinalizeTest currentObj;
      @Override    protected void finalize() throws Throwable {        super.finalize();        System.out.println("finalize invoke");        //从新引用        currentObj = this;    }
      public void alive() {        System.out.println("live");    }
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        currentObj = new FinalizeTest();
          currentObj = null;        System.gc();        //finalize优先级地，先等待        Thread.sleep(500);        if(currentObj == null) {            System.out.println("dead");        }else {            currentObj.alive();        }
          currentObj = null;        System.gc();        //finalize优先级地，先等待        Thread.sleep(500);        if(currentObj == null) {            System.out.println("dead");        }else {            currentObj.alive();        }    }}

上面代码有一处同样的断码片断，可是获得的结果却并不相同，一次对象“拯救复活”成功，另外一次失败，那么就能够被正常回收。

能够做为GC Roots包括下面几种：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地表量表）中引用的对象

• 方法区中类静态属性引用的对象

• 方法区中常量引用的对象

• 本地方法栈中JNI引用（即通常Native的方法）的对象

  2.2 四种引用类型

 

在JDK1.2以后对引用进行了扩充，分为强引用，软引用，弱引用，虚引用4种，这四种强度一次减弱。经过对引用的扩充，能够依据内存的使用来描述这样的对象：当内存足够，则保留内存中；若是内存空间进行垃圾回收后仍是很紧张，则能够抛弃这类对象。不少系统的缓存功能符合这样的应用场景。

• 强引用
  在Java中最多见的就是强引用， 把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即便该对象之后永远都不会被用到JVM也不会回收。所以强引用是形成Java内存泄漏的主要缘由之一。

• 软引用

  软引用须要用SoftReference类来实现，对于只有软引用的对象来讲，当系统内存足够时它不会被回收，当系统内存空间不足时它会被回收。软引用一般用在对内存敏感的程序中。

• 弱引用

  弱引用须要用WeakReference类来实现，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象来讲，只要垃圾回收机制一运行，无论 JVM 的内存空间是否足够，总会回收该对象占用的内存。

• 虚引用

  虚引用须要PhantomReference类来实现，它不能单独使用，必须和引用队列联合使用。虚引用的主要做用是跟踪对象被垃圾回收的状态。

 

三，何时回收

 

 

按HotSpot VM的serial GC的实现来看触发条件主要分为如下几种：

• young GC：当young gen中的eden区分配满的时候触发。注意young GC中有部分存活对象会晋升到old gen，因此young GC后old gen的占用量一般会有所升高。

• full GC：当准备要触发一次young GC时，若是发现统计数听说以前young GC的平均晋升大小比目前old gen剩余的空间大，则不会触发young GC而是转为触发full GC（由于HotSpot VM的GC里，除了CMS的concurrent collection以外，其它能收集old gen的GC都会同时收集整个GC堆，包括young gen，因此不须要事先触发一次单独的young GC）；或者，若是有perm gen的话，要在perm gen分配空间但已经没有足够空间时，也要触发一次full GC；或者System.gc()、heap dump带GC，默认也是触发full GC。

HotSpot VM里其它非并发GC的触发条件复杂一些，不过大体的原理与上面说的其实同样。并发GC的触发条件就不太同样。以CMS GC为例，它主要是定时去检查old gen的使用量，当使用量超过了触发比例就会启动一次CMS GC，对old gen作并发收集。

 

 

四，如何回收

 

 

如何回收主要就涉及到垃圾回收的算法了。下面介绍几种垃圾回收算法的思想。

 

 4.1 标记清除法(Mark-Sweep)

 

标记清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。它主要分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。在标记阶段，首先经过根节点，标记全部从根节点开始的可达队对象，所以未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。而后在清除阶段，清除全部的未被标记的对象。

标记清除算法的不足有：效率的问题和标记清除后产生的大量不连续的内存碎片。而内存碎片太多可能会致使在分配大对象时，没法找到连续的内存而不得不提早触发另一次垃圾回收。

 

4.2  复制算法(Coping)

 

复制算法的核心思想是：将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中存活对象复制到未使用的内存块中，以后清除正在使用的内存块中的全部对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。

若是系统中的待回收的对象不少，复制算法须要复制的存活对象就会相对较少，真正的垃圾回收时刻，复制算法的效率就会很高。并且对象是在垃圾回收过程当中的，统一复制到新的内存空间，再清除原来使用的内存，所以能够确保回收后的内存空间是没有碎片的。可是另外一方面，复制算法的代价是须要使用更多的内存空间。

复制算法比较适用于新生代。由于新生代垃圾对象一般多余存活对象，复制算法的效率会比较高。

4.3 标记整理算法(Mark Compact)

 

在老年代，大部分的对象都是存活对象。若是依然用复制算法，因为存活的对象多，复制的成本也将提升。所以基于老年代的垃圾回收特性，须要使用其余的算法。标记整理算法是一种老年代的回收算法。它在标记算法的基础上作了一些优化。和标记清除算法同样，它也是从更节点开始，可是并非清除未标记的对象，而是将存活的对象压缩到内存的一边，以后清除边界外全部空间。这种方法避免了碎片的产生，又不须要过多的内存空间，所以性价比比较高。

标记整理法的最终效果等同于标记清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片的整理，所以也能够把它称为标记清除整理(MarkSweepComact)。

4.4 分代算法(Generational Collecting)

 

分代算法是根据对象存活周期不一样将内存化为几块。通常是把Java堆分为新生代和老年代，这样就能够根据各个年代的特色采用最合适的收集算法。新生代中的特色是对象朝生夕死，大约90%的新建对象会被回收，所以新生代适合复制算法。当一个对象通过几回回收后依然存活，对象就会被放入老年代的内存空间。在老年代中能够认为对象在一段时间内，甚至在程序的整个生命周期，是常驻内存的，能够对老年代使用标记清除和标记整理算法。

对于新生代和老年代来讲，一般新生代的回收频率很高，可是每次回收的耗时都很短，而老年代回收的频率比较低，可是会消耗更多的时间。

4.5 分区算法(Region)

 

通常来讲，相同条件下，堆空间越大，一次GC所须要的事件越长，从而产生的停顿也越长。为了更好的靠之停顿时间，将一块大的内存区域分割成多个大小形同的小区域，依据目标的停顿时间，每次回收若干个小区间，而不是整个堆空间，从而减小一次GC所产生的停顿。分区算法是将整个堆空间划分为连续的不一样小区间。每一个小区间独立使用，独立回收。