深刻理解Java虚拟机笔记之三对象存活断定算法与垃圾收集算法

对象存活断定算法

引用计数法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任什么时候刻计数器为0的对象就是不可能再被使用。

引用计数算法的实现简单，断定效率也很高，在大部分状况下他都是一个不错的算法，可是，至少主流的Java虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存，其中最主要的缘由是他很难解决对象之间相互循环引用的问题。

public class ReferenceCountingGC {

    public  Object instance = null;
    private static final int _1MB = 1024*1024;

    private byte[] bigSize = new byte[2*_1MB];

    public static void testGC(){
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;

        objA = null;
        objB = null;

        System.gc();
    }

    public static void main(String[] args) {
        testGC();
    }
}


[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 9343K->824K(76288K)] 9343K->832K(251392K), 0.0006888 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 824K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->630K(175104K)] 832K->630K(251392K), [Metaspace: 3448K->3448K(1056768K)], 0.0039029 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 76288K, used 1966K [0x000000076b000000, 0x0000000770500000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 3% used [0x000000076b000000,0x000000076b1eb9e0,0x000000076f000000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076f000000,0x000000076f000000,0x000000076fa80000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076fa80000,0x000000076fa80000,0x0000000770500000)
 ParOldGen       total 175104K, used 630K [0x00000006c1000000, 0x00000006cbb00000, 0x000000076b000000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c1000000,0x00000006c109d908,0x00000006cbb00000)
 Metaspace       used 3463K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 380K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
  
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可达性分析算法

在主流的商用程序语言（Java、C#）的主流实现中，都是经过可达性分析来断定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是经过一系列的成为“GC Roots”的对象做为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证实对象是不可用的。

对象object五、object六、object7虽然互有关联，可是它们到GC Roots是不可达的，因此他们将会被断定是可回收的对象。

在Java语言中，可做为GC Roots的对象包括下面几种：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）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（Native方法）引用的对象

引用

• 强引用

  指在程序代码中广泛存在的，相似Object obj = new Object()这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象

• 软引用

  用来描述一些还有用但并不是必需的对象。对于引用关联着的对象，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之中进行第二次回收。若是此次回收尚未足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

• 弱引用

  用来描述非必需对象的，可是它的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。当垃圾收集器工做时，不管当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。

• 虚引用

  虚引用也称为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，也没法经过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的惟一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

即便在可达性分析算法中不可达的对象，也并不是是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：

若是对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相链接的引用链，那它将会被第一次标记而且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。若是对象没有副高finalize()方法或者finalize()方法以及被虚拟机调用过，虚拟机将这两种状况都视为“没有必要执行”。

若是这个对象被断定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放置在一个F-Queue的队列中。稍后由一个由虚拟机自动创建的，低优先级的Finalizer线程去执行它。

finalize()方法虚拟机只会执行一次。

回收方法区

在方法区中进行垃圾收集的性价比比较低，在堆中，尤为是新生代，常规应用进行一次垃圾收集通常能够回收70%-95%的空间，而永久代的垃圾收集效率远低于此。

永久代的垃圾收集主要回收两个部分：废弃常量和无用的类。

回收废弃常量与回收Java堆中的对象很是相似，没有任何地方引用这个常量，当发生内存回收时，有必要的话，就会将这个常量清理出常量池。

回收无用的类：

• 该类全部的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例。
• 加载该类的ClassLoader已经被回收。
• 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该类的方法。

垃圾收集算法

标记-清除算法

最基础的收集算法。算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出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。

主要不足：

• 效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；
• 空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会致使之后在程序运行过程当中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。

复制算法

将可用内存按容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，而后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂状况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存便可，实现简单，运行高效。

缺点：内存缩小为原来的一半。

如今的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，因此并不须要1：1的比例来划份内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性的复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。

HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8：1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存会被浪费。固然98%的对象可回收只是通常场景下的数据，咱们没有办法保证每次回收都只有很少于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，须要依赖其余内存（这里指老年代）进行分配担保。

若是另外一块Survivor空间没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象时，这些对象将直接经过分配担保机制进入老年代。

标记-整理算法

标记整理算法标记过程与标记清理算法同样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让全部的对象都向一端移动，而后直接清理掉端边界之外的内存。

分代收集算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”算法，这种算法并无什么新的思想，只是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，这样就能够根据各个年代的特色采用最适当的收集算法。

在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少许存货，那就选用复制算法，只须要付出少许存货对象的复制成本就能够完成收集。而老年代中由于对象的存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或者“标记-整理”算法来进行回收。