Java垃圾回收机制

Java垃圾回收机制

在Java中，当没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时，该内存便成为垃圾。JVM的一个系统级线程会自动释放该内存块。垃圾回收意味着程序不再需要的对象是"无用信息"，这些信息将被丢弃。当一个对象不再被引用的时候，内存回收它占领的空间，以便空间被后来的新对象使用。事实上，除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存记录碎片。由于创建对象和垃圾回收器释放丢弃对象所占的内存空间，内存会出现碎片。碎片是分配给对象的内存块之间的空闲内存洞。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，JVM将整理出的内存分配给新的对象。

垃圾回收的算法分析

Java语言规范没有明确地说明JVM使用哪种垃圾回收算法，但是任何一种垃圾回收算法一般要做2件基本的事情：（1）发现无用信息对象；（2）回收被无用对象占用的内存空间，使该空间可被程序再次使用。

大多数垃圾回收算法使用了根集(root set)这个概念；所谓根集就是正在执行的Java程序可以访问的引用变量的集合(包括局部变量、参数、类变量)，程序可以使用引用变量访问对象的属性和调用对象的方法。垃圾回收首先需要确定从根开始哪些是可达的和哪些是不可达的，从根集可达的对象都是活动对象，它们不能作为垃圾被回收，这也包括从根集间接可达的对象。而根集通过任意路径不可达的对象符合垃圾收集的条件，应该被回收。下面介绍几个常用的算法。

1.引用计数法(Reference Counting Collector)

引用计数法是唯一没有使用根集的垃圾回收的法，该算法使用引用计数器来区分存活对象和不再使用的对象。一般来说，堆中的每个对象对应一个引用计数器。当每一次创建一个对象并赋给一个变量时，引用计数器置为1。当对象被赋给任意变量时，引用计数器每次加1当对象出了作用域后(该对象丢弃不再使用)，引用计数器减1，一旦引用计数器为0，对象就满足了垃圾收集的条件。

基于引用计数器的垃圾收集器运行较快，不会长时间中断程序执行，适宜地必须实时运行的程序。 但也存在一些问题： 1.引用计数器增加了程序执行的开销，因为每次对象赋给新的变量，计数器加1，而每次现有对象出了作用域生，计数器减1，影响系统性能。 2.无法处理循环引用的情况，因为循环引用时计数器的加减总是在循环进行，计数器可能无法到0，所以，垃圾回收器一般不会使用这种算法。

2. 标记清除法(mark-and-sweep)

该算法是为了解决引用计数法的问题而提出，它使用了根集的概念。 标记： 垃圾收集器从根集开始扫描，标记出哪些对象可达，哪些对象不可达 。未被标记的对象就是未被引用的对象。 清除： 清除未被标记的对象。 问题： 产生空间碎片。

3.标记压缩法(Mark-Compact)

为了解决堆碎片问题，基于标记压缩法的垃圾回收吸收了标记清除法的思想，对标记清除法进行了一些优化，也需要标记，只不过在清除的过程中，算法将所有的对象移到堆的一端，堆的另一端就变成了一个相邻的空闲内存区，收集器会对它移动的所有对象的所有引用进行更新，使得这些引用在新的位置能识别原来的对象。 该算法的收集器的实现中，一般增加句柄和句柄表。

4.复制算法(Coping Collector)

该算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它开始时把堆分成一个对象区和多个空闲区，程序从对象区为对象分配空间，当对象满了，基于复制算法的垃圾回收就从根集中扫描活动对象，并将每个活动对象复制到空闲区(使得活动对象所占的内存之间没有空闲间隔)，这样空闲区变成了对象区，原来的对象区变成了空闲区，程序会在新的对象区中分配内存。

一种典型的基于复制算法的垃圾回收是stop-and-copy算法，它将堆分成对象区和空闲区域区，在对象区与空闲区域的切换过程中，程序暂停执行。

5.generation算法(Generational Collector)

stop-and-copy垃圾收集器的一个缺陷是收集器必须复制所有的活动对象，这增加了程序等待时间，这是coping算法低效的原因。在程序设计中有这样的规律：多数对象存在的时间比较短，少数的存在时间比较长。因此，generation算法将堆分成两个或多个，每个子堆作为对象的一代 (generation)。由于多数对象存在的时间比较短，随着程序丢弃不使用的对象，垃圾收集器将从最年轻的子堆中收集这些对象。在分代式的垃圾收集器运行后，上次运行存活下来的对象移到下一最高代的子堆中，由于老一代的子堆不会经常被回收，因而节省了时间。

6.分区算法

将堆空间划分为连续的不同小区域，每一个小区域独立回收。可以控制一次回收多少个小区域。 解决垃圾回收停顿时间过长。

7. adaptive算法(Adaptive Collector)

在特定的情况下，一些垃圾收集算法会优于其它算法。基于Adaptive算法的垃圾收集器就是监控当前堆的使用情况，并将选择适当算法的垃圾收集器。

判断对象的可触及性

一般来说，考察每一个对象的可触及性是从根节点出发，看是否可以访问到这个对象，如果可以，则说明正在使用，如果不可以，则说明从所有根节点出发无法访问到这个对象，说明这个对象不在使用了，此时需要回收。但是，实际上，一个无法触及的对象可能在某一个条件会“复活”，那么回收这个对象就是不合理的，所以需要定义对象的可触及性及相关状态。

1.可触及的

从根节点出发，可以到达这个对象。

2.可复活的

对象所有引用都被释放，但是可能在finalize()中复活。

3.不可触及的

对象的finalize()方法调用，并且对象没有复活，那么对象是不可触及的

对象的复活

在finalize()中，对象的应用被传入方法内部，如果引发外泄，对象就会复活。 finalize()的一些问题： 1.引发外泄，复活对象。 2.finalize()是系统调用的，调用时间不明确。推荐try-catch-finally语句中进行资源释放。

引用和可触及性的强度

强引用、软引用、弱引用和虚引用。除了强引用外，其他都可以在java.lang.ref包中找到他们的身影。 强引用的对象是可初触及的，不会被回收。其他三个是软可触及，弱可触及，虚可触及，在一定条件下是可以被回收的。

强引用实例

StringBuffer str=new StringBuffer("hello world");

如果代码在函数体内运行，那么局部变量str将被分配到栈内存，而对象StringBuffer实例分配到堆内存。局部变量str指向StringBuffer实例所在的队内存，通过str可以操作该实例，那么str就是StringBuffer实例的强引用。 也就是说强引用就是： 栈内存的局部变量指向实例所在的堆空间，通过局部变量可以操作该实例。 特点： 1.可以直接访问目标对象。 2.强引用所指向的对象在任何时候都不会被回收，虚拟机宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用的对象。 3.强引用可能导致内存泄露。

软引用

当堆空间不足时，会回收弱引用的对象，所以不会引起内存溢出。

弱引用

只要发现弱引用，不管系统使用情况如何，都会将对象进行回收。

虚引用

一个持有虚引用的对象，和没用引用几乎差不多，随时会被垃圾回收器回收，虚引用必须和引用队列引起，作用在于跟踪垃圾回收过程。