JVM虚拟机——垃圾收集算法

Posted 2020-09-27 LiuHheng0315

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1.哪些内存需要进行垃圾回收

　　对于虚拟机中线程私有的区域，如程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都不需要进行垃圾回收，因为它们是自动进行的，随着线程的消亡而消亡，不需要我们去回收，比如栈的栈帧结构，当进入一个方法时，就会产生一个栈帧，栈帧大小也可以借助类信息确定，然后栈帧入栈，执行方法体，退出方法时，栈帧出栈，于是其所占据的内存空间也就被自动回收了。而对于虚拟机中线程共享的区域，则需要进行垃圾回收，如堆和方法区，线程都会在这两个区域产生自身的数据，占据一定的内存大小，并且这些数据又可能会存在相互关联的关系，所以，这部分的区域不像线程私有的区域那样可以简单自动的进行垃圾回收，此部分区域的垃圾回收非常复杂，而垃圾回收也主要是针对这部分区域。

2.垃圾收集算法

　　任何垃圾收集算法都必须做两件事情。首先，它必须检测出垃圾对象。其次，它必须回收垃圾对象所使用的堆空间并还给程序。那么问题来了，如何检测出一个对象是否为垃圾对象呢？一般有两种算法解决这个问题。1. 引用计数算法 2. 可达性分析算法。

1.引用计数算法

       堆中的每一个对象有一个引用计数，当一个对象被创建，并把指向该对象的引用赋值给一个变量时，引用计数置为1，当再把这个引用赋值给其他变量时，引用计数加1，当一个对象的引用超过了生命周期或者被设置为新值时，对象的引用计数减1，任何引用计数为0的对象都可以被当成垃圾回收。当一个对象被回收时，它所引用的任何对象计数减1，这样，可能会导致其他对象也被当垃圾回收。

　　问题：很难检测出对象之间的额相互引用（引用循环问题）

2.可达性分析算法

　　此算法的基本思想就是选取一系列GCRoots对象作为起点，开始向下遍历搜索其他相关的对象，搜索所走过的路径成为引用链，遍历完成后，如果一个对象到GCRoots对象没有任何引用链，则证明此对象是不可用的，可以被当做垃圾进行回收。

　　那么问题又来了，如何选取GCRoots对象呢？在Java语言中，可以作为GCRoots的对象包括下面几种：

　　　　1. 虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。

　　　　2. 方法区中的类静态属性引用的对象。

　　　　3. 方法区中常量引用的对象。

　　　　4. 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。

　　下面给出一个GCRoots的例子，如下图，为GCRoots的引用链。

　　由图可知，obj8、obj9、obj10都没有到GCRoots对象的引用链，即便obj9和obj10之间有引用链，他们还是会被当成垃圾处理，可以进行回收。

垃圾收集的主要算法有如下几种：

　　　　1. 标记 - 清除算法

　　　　2. 复制算法

　　　　3. 标记 - 整理算法

　　　　4. 分代收集算法

　　1 标记 - 清除算法

　　首先标记出所有需要回收的对象，使用可达性分析算法判断一个对象是否为可回收，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。下图是算法具体的一次执行过程后的结果对比。

　　

　　说明：1.效率问题，标记和清除两个阶段的效率都不高。2.空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，以后需要给大对象分配内存时，会提前触发一次垃圾回收动作。

　　2 复制算法

　　将内存分为两等块，每次使用其中一块。当这一块内存用完后，就将还存活的对象复制到另外一个块上面，然后再把已经使用过的内存空间一次清理掉。图是算法具体的一次执行过程后的结果对比。

　　说明：1.无内存碎片问题。2.可用内存缩小为原来的一半。 3.当存活的对象数量很多时，复制的效率很慢。

　　3 标记 - 整理算法

　　标记过程还是和标记 - 清除算法一样，之后让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存，标记 - 整理算法示意图如下

　　

　　说明：1.无需考虑内存碎片问题。

　　4 分代收集算法

　　把堆分为新生代和老年代，然后根据各年代的特点选择最合适的回收算法。在新生代基本上都是朝生暮死的，生存时间很短暂，因此可以采拥标记 - 复制算法，只需要复制少量的对象就可以完成收集。而老年代中的对象存活率高，也没有额外的空间进行分配担保，因此必须使用标记 - 整理或者标记 - 清除算法进行回收。

3、方法区的垃圾回收

　　方法区的垃圾回收主要回收两部分内容：1. 废弃常量。2. 无用的类。既然进行垃圾回收，就需要判断哪些是废弃常量，哪些是无用的类。

　　如何判断废弃常量呢？以字面量回收为例，如果一个字符串“abc”已经进入常量池，但是当前系统没有任何一个String对象引用了叫做“abc”的字面量，那么，如果发生垃圾回收并且有必要时，“abc”就会被系统移出常量池。常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。

　　如何判断无用的类呢？需要满足以下三个条件

　　　　1. 该类的所有实例都已经被回收，即Java堆中不存在该类的任何实例。

　　　　2. 加载该类的ClassLoader已经被回收。

　　　　3. 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

　　满足以上三个条件的类可以进行垃圾回收，但是并不是无用就被回收，虚拟机提供了一些参数供我们配置。