深入理解GC垃圾回收机制

Posted 2023-03-21

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了深入理解GC垃圾回收机制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考技术A 在我们程序运行中会不断创建新的对象，这些对象会存储在内存中，如果没有一套机制来回收这些内存，那么被占用的内存会越来越多，可用内存会越来越少，直至内存被消耗完。于是就有了一套垃圾回收机制来做这件维持系统平衡的任务。

1.确保被引用对象的内存不被错误的回收
2.回收不再被引用的对象的内存空间

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；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

优点：引用计数收集器可以很快地执行，交织在程序的运行之中。
缺点：很难处理循环引用，比如上图中相互引用的两个对象，计数器不为0，则无法释放，但是这样的对象存在是没有意义的，空占内存了。

引用计数法处理不了的相互引用的问题，那么就有了可达性分析来解决了这个问题。

从GC Roots作为起点，向下搜索它们引用的对象，可以生成一棵引用树，树的节点视为可达对象，反之最终不能与GC Roots有引用关系的视为不可达，不可达对象即为垃圾回收对象。

我自己的理解是，皇室家族每过一段时间，会进行皇室成员排查，从皇室第一代开始往下找血缘关系的后代，如果你跟第一代皇室没有关系，那么你就会被剔除皇室家族。

1.虚拟机栈中引用的对象（正在运行的方法使用到的变量、参数等）
2.方法区中类静态属性引用的对象（static关键字声明的字段）
3.方法区中常量引用的对象，(也就是final关键字声明的字段)
4.本地方法栈中引用的对象（native方法）

1.显示地赋予某个对象为null，切断可达性

在main方法中创建objectA、objectB两个局部变量，而且相互引用。相互引用直接调System.gc()是回收不了的。而将两者都置为null，切断相互引用，切断了可达性，与GCRoots无引用，那么这两个对象就会被回收调。

2.将对象的引用指向另一个对象

这里将one的引用也指向了two引用指向的对象，那么one原本指向的对象就失去了GCRoots引用，这里就判断该对象可被回收。

3.局部对象的使用

当方法执行完，局部变量object对象会被判定为可回收对象。

4.只有软、弱、虚引用与之关联
new出来的对象被强引用了，就需要去掉强引用，改为弱引用。被弱引用之后，需要置空来干掉强引用，达到随时可回收的效果。

只被软引用的对象在内存不足的情况，可能会被GC回收掉。

只被弱引用持有的对象，随时都可能被GC回收，该对象就为可回收对象。

是不是被判定为了可回收对象，就一定会被回收了呢。其实Ojbect类中还有一个finalize方法。这个方法是对象在被GC回收之前会被触发的方法。

该方法翻译过来就是：当垃圾回收确定不再有对该对象的引用时，由垃圾回收器在对象上调用。子类重写finalize方法以处置系统资源或执行其他清除。说人话就是对象死前会给你一个回光返照，让你清醒一下，想干什么就干什么，甚至可以把自己救活。我们可以通过重写finalize方法，来让对象复活一下。

示例：

执行的结果：

这里我们重写FinalizeGC类的finalize方法，使用FinalizeGC.instance = this语句，让对象又有了引用，不再被判定为可回收对象，这里就活了。然后再置空再回收一下，这个对象就死了，没有再被救活了。所以finalize方法只能被执行一次，没有再次被救活的机会。

在JDK1.8版本废弃了永久代，替代的是元空间（MetaSpace），元空间与永久代上类似，都是方法区的实现，他们最大区别是：元空间并不在JVM中，而是使用本地内存。
元空间有注意有两个参数：

MetaspaceSize ：初始化元空间大小，控制发生GC阈值
MaxMetaspaceSize ：限制元空间大小上限，防止异常占用过多物理内存
为什么移除永久代？
移除永久代原因：为融合HotSpot JVM与JRockit VM（新JVM技术）而做出的改变，因为JRockit没有永久代。
有了元空间就不再会出现永久代OOM问题了！

1.Generational Collection（分代收集）算法
分代收集算法是GC垃圾回收算法的总纲领。现在主流的Java虚拟机的垃圾收集器都采用分代收集算法。Java 堆区基于分代的概念，分为新生代（Young Generation）和老年代（Tenured Generation），其中新生代再细分为Eden空间、From Survivor空间和To Survivor空间。 (Survivor：幸存者)

分代收集算法会结合不同的收集算法来处理不同的空间，因此在学习分代收集算法之前我们首先要了解Java堆区的空间划分。Java堆区的空间划分在Java虚拟机中，各种对象的生命周期会有着较大的差别。因此，应该对不同生命周期的对象采取不同的收集策略，根据生命周期长短将它们分别放到不同的区域，并在不同的区域采用不同的收集算法，这就是分代的概念。

当执行一次GC Collection时，Eden空间的存活对象会被复制到To Survivor空间，并且之前经过一次GC Collection并在From Survivor空间存活的仍年轻的对象也会复制到To Survivor空间。

对象进入到From和To区之后，对象的GC分代年龄ege的属性，每经过GC回收存活下来，ege就会+1，当ege达到15了，对象就会晋级到老年代。

2.Mark-Sweep（标记-清除）算法
标记清除：标记阶段的任务是标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就是回收被标记的对象所占用的空间。标记-清除算法主要是运用在Eden区，该区对象很容易被回收掉，回收率很高。

3.Copying（复制）算法
复制算法的使用在From区和To区，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，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。

缺点：可使用内存缩减为一半大小。

那么复制算法使可使用内存大小会减半，设计上是怎么解决这个问题的呢。就是给From和To区划分尽可能小的区域。经过大数据统计之后，对象在第一次使用过后，绝大多数都会被回收，所以能进入第一次复制算法的对象只占10%。那么设计上，Eden、From、To区的比例是8:1:1，绝大多数对象会分配到Eden区，这样就解决了复制算法缩减可用内存带来的问题。

4.Mark-Compact (标记—整理)算法
在新生代中可以使用复制算法，但是在老年代就不能选择复制算法了，因为老年代的对象存活率会较高，这样会有较多的复制操作，导致效率变低。标记—清除算法可以应用在老年代中，但是它效率不高，在内存回收后容易产生大量内存碎片。因此就出现了一种标记—整理算法，与标记—清除算法不同的是，在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端，使它们紧凑地排列在一起，然后对边界以外的内存进行回收，回收后，已用和未用的内存都各自一边。

垃圾收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现：
Serial 收集器（复制算法): 新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，
优点是简单高效；
Serial Old 收集器 (标记-整理算法): 老年代单线程收集器，Serial 收集器
的老年代版本；
ParNew 收集器 (复制算法): 新生代收并行集器，实际上是 Serial 收集器
的多线程版本，在多核 CPU 环境下有着比 Serial 更好的表现；
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清除算法）：老年代并行
收集器，以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，具有高并发、低停顿
的特点，追求最短 GC 回收停顿时间。

深入理解java虚拟机 - 垃圾回收机制(GC)

垃圾回收机制(GC)是java常重要特性之一。它让开发者无需关注内存的创建和释放，而是通过GC自动回收垃圾(无用对象)。

哪些内存需要回收

java堆和方法区是垃圾回收的主要内存区域，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这几个内存区域是现成私有的，线程结束时内存自然也就回收了。

如何判断对象可回收？

在java堆里存放着几乎所有的对象实例，垃圾收集器在进行垃圾回收之前第一件事情就是判断哪些对象还"活着"，哪些对象已"死去"(不会再被使用的对象);

引数记数法

引数记数法就是给对象添加一个引数计数器，每当有其他地方引用对象时，计数器就加1；当引用失效时，计数器就减1，如果计数器任何时刻都为0，那么对象不可能在被使用，垃圾收集器就可以进行回收了。引数记数法简单高效，微软公司的COM技术，python语言，游戏脚本语言Squirrel都是使用了引数记数法进行内存管理。但是主流java虚拟机没有使用引述记数法进行内存管理，原因主要是他很难解决对象之间互相引用的的问题。

可达性分析算法

java虚拟机是通过可达性分析算法来判定对象是否存活的。可达性分析算法的主要思想是通过一系列的称为"GC Roots"的对象作为起始点从这些起点开始向下搜索，搜索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("GC Roots"到此对象不可达)，则证明此对象是不可用，可回收的。

在java语言中，可作为"GC Roots"的对象包括以下几种

虚拟机栈()中引用的对象
方法区中类静态变量引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中JNI引用的对象

垃圾收集算法

简单介绍下几种垃圾收集算法

标记-清除算法

最简单的垃圾收集算法是“标记-清除”算法，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先要标记出需要回收的对象，在完成标记后统一回收所有被标记的对象。标记过程就是判断哪些对象需要回收。
标记-清除算法有两个不足之处：
一个是效率问题，标记-清除的效率都不高；
另一个空间问题，标记-清除之后会产生大量不连续的内存碎片，内存空间碎片太多可能会导致java虚拟机在分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而触发一次垃圾收集动作。

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复制算法

复制算法是为了解决标记-清除算法的效率问题而产生的。它是如何解决效率问题的呢？

复制算法将内存分为两块大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，将存活的对象复制到另一块上，然后将使用过的一块内存全部清理掉。这样每次都是对整个半区进行垃圾回收，内存分配时就不需要担心内存碎片的问题了。复制算法实现简单，运行高效。代价就是内存缩小为原来的一半。

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复制算法主要用来回收新生代,IBM的专家研究过，新生代的中的对象98%都是“朝生夕死”的，并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次只使用Eden和其中一块Survivor空间。当进行垃圾回收时将Eden和Survivor中还存活的对象复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和使用过的Survivor空间。Eden空间和两块Survivor空间之间的比例时8:1:1，新生代可用空间为90%（80% + 10%），只浪费了10%内存空间。当存活对象多于10%时，Survivor空间不够用，这些对象将通过分配担保机制直接进入老年代。