JVM系列之垃圾收集简介

垃圾收集关注三个问题：哪些对象需要回收？什么时候回收？如何回收？

判断对象是否可被回收：

1.引用计数法

给每个对象添加一个引用计数器，当有新的引用就加1，当引用失效时则减1，当为0时，说明对象不会再被引用。

会出现bug的情况：当两个对象互相引用时，即使对象已经为null，仍然无法被回收

2.可达性分析算法

在主流的商用程序语言（Java、C#，甚至包括前面提到的古老的Lisp）的主流实现中，都是称通过可达性分析（ReachabilityAnalysis）来判定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，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（用图论的话来说，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

在Java语言中，可作为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。当前所有正在被调用的方法的引用类型的参数/局部变量/临时值。

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（即一般说的Native方法）引用的对象。

总而言之，GC Roots的对象是必须活跃的引用。

引用的区分：

在JDK 1.2之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，类似“Object obj = newObject()”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：如果一个对象只具有软引用，那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

弱引用：弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。

虚引用：在任何时候都可能被垃圾回收。

虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解 被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。 

finalize

     在根搜索算法中，那些不可达的对象，比如上图中的Object5,6,7，并非是“真正死亡”的，主要看如下两次标记过程：

      a、当没有发现引用链时，进行第一次标记，此时进行第一次筛选，条件为此对象是否有必要执行finalize方法。当对象没有覆盖finalize方法，或者finalize方法已经被JVM调用过，此种情况下认为没有必要执行finalize方法。可知finalize方法只可被系统调用一次。

      b、如果有必要执行finalize方法，此时对象会被放置在一个F-Queue队列中，会有一个优先级比较低的FInalizer线程去执行触发finalize方法。finalize方法是对象真正判定死活的最后一次机会。此时，GC会对队列中的对象进行第二次标记，如果对象在finalize方法中完成了自救，即和GC Roots建立了通路，则在第二次标记时该对象将被移出回收的集合。否则，只能判定对象死了。

方法区中的回收

回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。不再被引用到的常量就会被清理。常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。

类需要同时满足下面3个条件才能算是“无用的类”：

1.该类所有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。

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。

如何回收：

1.标记-清除算法

标记：标记的过程其实就是，遍历所有的GC Roots，然后将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象。

清除：清除的过程将遍历堆中所有的对象，将没有标记的对象全部清除掉。

缺点：效率不高；会造成内存空间的不连续（逻辑上的不连续？），对下次对象分配造成影响

2.复制算法

为了解决效率问题，一种称为“复制”（Copying）的收集算法出现了，它将可用内存按容量划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，然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情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。

最初的复制算法会把一次可用内存减小为原来的1/2，会牺牲大量空间。

hotspot虚拟机，将新生代（注意只是新生代）分为一个eden和两个survivor区，大小比例为8:1。只有10%的空间会被“浪费”。极端情况下，可以向“老年代”申请空间。

3. 标记-整理算法

根据老年代（对象存活率较高）的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，“标记-整理”算法的示意图如图所示。