JVM筆記 | Java垃圾回收（GC）

概述

在JVM的運作時資料區中，程式計數器、JVM棧和本地方法棧随線程而生，随線程而滅，記憶體配置設定和回收具備确定性，是以這幾個區域不需要過多考慮記憶體回收問題，因為方法結束或者線程結束時，記憶體自然就跟随着回收了。而Java堆和方法區則不一樣，一個接口中的多個實作類需要的記憶體可能不一樣，一個方法中的多個分支需要的記憶體也可能不一樣，隻有在程式處于運作期才能知道會建立哪些對象，這部分記憶體的配置設定和回收都是動态的，垃圾收集器所關心的是這部分記憶體。

對象存活判定算法

在堆中存放着Java世界中幾乎所有的對象執行個體，垃圾收集器在對堆進行回收前，第一件事情就是要确定這些對象中哪些還“存活”着，那些已經“死去”（即不可能再被任何途徑使用的對象）

1. 引用的概念

在JDK1.2之後，Java對引用的概念進行了擴充，将引用分為強引用、軟引用、弱引用和虛引用四種，這四種引用強度依次減弱。

• 強引用（Strong Reference）
  • 指建立一個對象并把這個對象指派給一個引用變量

    Object obj = new Object();

  • 隻要強引用存在，即使抛出OutOfMemoryError異常，垃圾收集器也不會回收被引用的對象。
• 軟引用（Soft Referrence）
  • 用來描述一些還有用但非必須的對象。
  • 對于軟引用關聯的對象，在記憶體不足時會被回收。
• 弱引用（Weak Reference）
  • 用來描述非必須對象，但強度比軟引用更弱。
  • 無論目前記憶體是否足夠，都會被回收。
• 虛引用（Phantom Reference）
  • 不影響對象生存時間，也無法通過虛引用取得對象執行個體。
  • 存在意義在于與引用隊列關聯使用，判斷被虛引用關聯的對象是否即将被回收。

推薦閱讀：

Java的四種引用方式

2. 引用計數算法

• 實作方式：給對象中添加一個引用計數器，每當有一個地方去引用它，計數器值就加1；當引用失效時，計數器值就減1；任何時刻計數器值為0的對象就是不可能再被使用的。
• 這種算法實作簡單、判定效率高，但是很難解決對象之間互相循環引用的問題。
• 虛拟機不是通過引用計數算法來判斷對象是否存活。

3. 可達性分析算法

• 實作方式：通過一系列稱為“GC Roots”的對象作為起始點，從這些節點開始向下搜尋，搜尋所走過的路徑稱為引用鍊（Reference Chain），當一個對象到GC Roots沒有任何引用鍊相連時，證明此對象是不可引用的。

  

• 在Java中，可作為GC Roots的對象包括以下幾種：
  • JVM棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象；
  • 方法區中類的靜态屬性引用的對象；
  • 方法區中常量引用的對象；
  • 本地方法棧中JNI（即常說的Native方法）引用的對象。
• 當然，可達性分析算法中不可達的對象并不是一定會被回收，如果這個對象在執行finalize()方法時，重新與引用鍊上的對象關聯起來，就會被移除出“即将回收”集合。

4. 方法區回收

• JVM規範中說過可以不要求JVM在方法區實作垃圾回收，方法區的垃圾回收效率十分低。
• 方法區的垃圾回收主要回收兩部分内容：
  • 廢棄常量的回收與Java堆中對象的回收十分類似，即沒有被任何其他地方引用就會被回收。
  • 滿足以下條件會被判定為無用的類
    • 該類所有的執行個體都已經被回收，即Java堆中不存在該類的任何執行個體；
    • 加載該類的 ClassLoader 已經被回收；
    • 該類對應的 java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用，無法在任何地方通過反射通路該類的方法。

垃圾收集算法

首先可以先看看下面這篇部落格，了解一下新生代和老年代的概念：

新生代和老年代

接下來介紹幾種垃圾收集算法。

1. 複制算法

• 算法思想：将可用記憶體按容量劃分為大小相等的兩塊，每次隻使用其中給一塊，當這一塊的記憶體用完了，就将還存活的對象複制到另一塊，再将已使用的一塊記憶體全部清理掉。
• 優點：每次都對整個半區進行回收，不會産生記憶體碎片，實作簡單，運作高效。
• 缺點：相當于将可用記憶體縮小為一半，使用率太低。

  

2. 标記—清除算法

• 算法思想：首先标記出所有需要回收的對象，在标記完成後統一回收所有被标記的對象。
• 不足：
  • 标記和清除兩個過程的效率都不高；
  • 标記清除後會産生大量不連續的記憶體碎片，造成後面無法為較大對象配置設定空間，頻繁觸發垃圾收集，影響系統性能。

    

3. 标記—整理算法

• 算法思想：首先标記出所有需要回收的對象，然後将所有存活的對象移動到一端，然後直接清理端邊界以外的全部記憶體。
• 優點：可以應對大量對象存活，隻有少量記憶體需要回收的情況，适合老年代使用。

  

4. 分代收集算法

• 這種算法被當代虛拟機廣泛使用。
• 算法思想：根據對象存活周期将Java堆分為新生代和老年代，分别使用合适的算法進行垃圾收集。
  • 新生代對象存活率低，使用複制算法，隻需付出少量存活對象的複制成本就可以完成收集。

  IBM公司的專門研究表明，新生代中的對象98%是“朝生夕死”，是以可以将記憶體分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和其中一塊Survivor空間。回收時，将這兩塊空間中存活的對象複制到另一塊Survivor空間中，最後清理掉Eden和Survivor空間。這樣空間使用率就達到了90%。當然我們不能保證每次都隻有不多于10%的對象存活，這時就需要依賴老年代空間進行配置設定擔保，即讓survivor空間存放不下的對象通過配置設定擔保機制進入老年代。

  • 老年代對象存活率高，使用标記—清理算法或者标記—整理算法。

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