JVM学习笔记 -- 垃圾收集器

　　垃圾收集（Garbage Collection,GC）须要考虑3件事：

一、哪些内存须要回收

二、何时回收

三、如何回收

　　Java内存运行时区域中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域生命周期与线程相同，这几个区域的内存分配和回收都具有肯定性，不须要考虑回收的问题，在方法结束或线程结束后内存天然跟着回收。Java堆和方法区在运行期才能知道建立哪些对象，这部份内存的分配和回收是动态的，，垃圾收集器关注的是这部份内存。

一、判断对象是否存活

　　在堆中存放着大部分的对象实例，在回收内存前需断定这些对象哪些还存活着。

1.1 引用计数算法

　　引用计数算法：给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加1，当引用失效时则计数器值减1，任什么时候刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

　　主流JVM没有选用引用计数算法来管理内存，最主要的缘由是它很难解决对象之间互相循环引用的问题：

 1 public class Test1 {
 2 
 3     public Object instance = null;
 4 
 5     public static void main(String[] args) {
 6         Test1 objA = new Test1();
 7         Test1 objB = new Test1();
 8         objA.instance = objB;
 9         objB.instance = objA;
10         objA = null;
11         objB = null;
12     }
13 }

　　若是使用引用计数器，对于objA指向的对象，在代码第6行计数器加1，第9行计数器加1，第10行计数器减1，这样虽然这个对象以后不会再被使用到，但引用计数器没法通知GC收集器回收内存。

1.2 可达性分析算法

　　基本思路：经过一系列的称为"GC Roots"的对象做为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，即GC Roots到这个对象不可达时，说明此对象是不可用的。

　　在Java中，可做为GC Roots的对象包括：

一、虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象

二、方法区中类静态属性引用的对象

三、方法区中常量引用的对象

四、本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象

　　在引用计数算法的那个示例中，objA指向的对象一开始是被objA这个引用使用，由于objA是在本地变量表中，因此objA指向的对象是GC Roots的对象。以后objA再也不指向那个对象，那个对象只被objB.instance引用，由于这个对象没有了到GC Roots的引用链，因此能够被回收。

1.3 引用类型

　　判断对象是否存活与"引用"有关，在JDK1.2以后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用按强度依次逐渐减弱分为4种：

一、强引用：在程序中相似"Object obj = new Object()"这类的引用，只要强引用海存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

二、软引用：描述一些还有用但并不是必需的对象。在系统将要发生内存溢出异常以前，将会把这些对象列进回收范围进行第二次回收。

三、弱引用：也是描述非必需对象的，可是强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生以前。

四、虚引用：最弱的一种引用关系，没法经过虚引用来取得一个对象实例。

1.4 什么时候回收

　　真正宣告一个对象死亡，至少要经历2次标记过程：对象在可达性分析时发现没有与GC Roots相链接的引用链，那它将第一次标记而且进行一次筛选，筛选条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有finalize()方法或者这个对象的finalize()方法已经被虚拟机调用过，这2种状况为"没有必要执行"。

　　若是这个对象没必需要执行finalize()，则会在下一次回收时被回收内存。若是被断定为由必要执行，这个对象会放在一个F-Queue队列中，在稍后会由一个虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程去执行它。这里执行是指虚拟机会触发这个对象的finalize()方法，但不会等待它运行结束，由于若是一个对象在finalize()方法中执行缓慢或发生死循环，那么F-Queue队列的其余对象可能永久处于等待，致使整个内存回收系统崩溃。稍后GC将对F-Queue中的对象进行第2次小规模的标记，若是对象从新与引用链上的对象创建关联，那么能够避免被回收，finalize()方法是对象逃脱死亡的最后一次机会。

1.5 回收方法区

　　Java虚拟机规范中不要求虚拟机在方法区（或者HotSpot虚拟机中的永久代）实现垃圾收集，并且在永久代的垃圾收集效率是很低的。永久代的垃圾收集主要回收2部份内容：废弃常量和无用的类。回收废弃常量与回收Java堆中的对象相似，当常量没有被引用时就能够被回收。而判断类是否无用须要同时知足下面3个条件：

一、该类全部的实例都已经被回收，即Java堆中不存在该类的任何实例。

二、加载该类的ClassLoader已经被回收。

三、该类对应的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到该类的方法。

二、垃圾收集算法

2.1 标记-清除算法

　　这个是最基础的收集算法，其余算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而获得的。算法思想：首先标记全部须要回收的对象，在标记完成后统一回收全部被标记的对象。这个算法主要有2个不足：

一、效率问题，标记和清除的效率都不高

二、空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片

2.2 标记-整理算法

　　标记-整理算法是根据老年代的特色提出的：首先标记全部须要回收的对象，而后让全部存活的对象都向一端移动，而后直接清理掉端边界之外的内存。

2.3 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，通常把Java堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特色采用最适当的收集算法，新生代的对象屡次垃圾回收都没有回收对应的内存会移到老年代中，默认新生代和老年代比例是1:2。新生代中每次垃圾收集都只有少许对象存活，选用复制算法。老年代中由于对象存活率高，使用标记-清理或标记-整理算法来回收。

2.4 复制算法

　　将可用内存按容量大小划分为大小相等的2块，每次只使用其中的一块，当这一块的内存用完了，将还存活的对象复制到另一块上，而后再把已使用的内存空间一次清理掉。这样每次都是对整个半区进行内存是收集，内存分配不用考虑内存碎片等复杂状况。

　　如今的商用虚拟机使用复制算法来回收新生代，不按照1:1的比例来划份内存空间，而是分为8:1:1的Eden：From Survivor：To Survivor3个空间，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Eden和用过的Survivor对象。不能保证每次回收都只有很少于10%的对象存活，当Survivor空间不够时，须要依赖老年代进行分配担保。

　　为何分为2块Survivor对象，若是只有Eden和一块Survivor，按照8:2的比例划分，那么当使用Survivor存储对象的时候，内存很快就满了，须要进行下一次的GC。划分为2块Survivor，Eden能够一直使用。