深入浅出java虚拟机系列：（二）GC&垃圾收集算法

1. 概述

GC需要完成的三件事：

哪些内存需要回收？

什么时候回收？

如何回收？

其中 程序计算器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随线程而生，随线程而灭，不需要过多考虑回收的问题。

而java 堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在运行期间才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的。

2. 判断对象死亡or生存？（重要）

heap里面存放着几乎所有的java对象，GC在对堆进行回收前，首先要判断哪些对象是存活着，哪些已经死去。

2.1 引用计数算法（Reference Counting）

描述：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；当引用时效时，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。

COM、Python语言使用这种算法，但是，主流java 虚拟机并没有选用这种算法来管理内存， 最主要的原因是：它很难解决对象之间相互循环引用的问题。

2.2 可达性分析算法（Reachability Analysis）

基本思路：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，即从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

主流商用语言，如java、C#等都是使用这种算法。

2.3 谈引用

java将引用分为：强引用、软引用、弱引用、虚引用4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

强引用：类似 Object obj = new Object（）；垃圾收集器永远不会回收引用所指对象；

软引用：描述一些还有用但并非必需的对象；在系统内存吃紧，要发生OOM之前，会把这些对象列入第二次垃圾回收的范围中，如果回收之后内存还是不够，才会发生OOM。

弱引用：也是用来描述有用但并非必需的对象；被弱引用关联的对象只能生存到下一次GG发生之前。当GC工作时，无论当前内存是否足够，都会回收被弱引用关联的对象；

虚引用：无法通过虚引用取得一个对象的实例。设置虚引用的唯一目的是：能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

2.4 生存还是死亡

要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析时发现没有与GC Roots 相连接的引用链，那它会被第一次标记并且进行一个筛选，筛选的条件是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（）方法以及被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为”没有必要执行“。

如果被判定为有必要执行，则这个对象将会放置在F-Queue的队列之中，并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalize线程去执行它。finalize（）是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后GC将对整个F-Queue中 的对象进行第二次小规模的标记。

2.5 回收方法区（也称永久代）

在方法区中进行GC性价比一般比较低；

永久代的垃圾回收主要包括两部分内容：废弃常量和无用的类；

判断一个类是否是“无用的类”，需同时满足以下三个条件：

a）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；

b）加载该类的ClasLoader已经被回收；

c）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；

3. 垃圾收集算法（重要）

3.1 标记-清除算法（Mark-Sweep）

缺点：a）效率问题：标记和清除两个过程的效率都不高；

b）空间问题：产生大量碎片；

3.2 复制算法（Coping）（适用新生代）

优点：实现简单，运行高效；

缺点：内存浪费了一半；

现在的商业虚拟机都采用这种算法来回收新生代；将新生代内存划分为一块较大的Eden和两块较小的Survivor空间（默认是8：1：1），当回收时将Eden和Survivor中还存活的对象一次性复制到另外的一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚那块Survivor空间。

HotSpot默认Eden和Survivor比例为8:1，只有10%的内存会被浪费。有时我们没办法保证每次回收都只有不多余10%的对象存活，当survivor不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

3.3 标记-整理算法（Mark-Compact）（适用老年代）

复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低。

标记-整理算法中标记仍然与标记-清除算法一样，但“整理”是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。

3.4 总结

当前商业jvm的GC都采用”分代手机（Generational Collection）算法。

新生代中：每次GC都有大批对象死去，只有少量存活，选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。

老年代：对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，采用“标记-整理”算法。