引言

垃圾收集技術(shù)并不是Java語(yǔ)言首創(chuàng)的，1960年誕生于MIT的Lisp是第一門真正使用內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和垃圾收集技術(shù)的語(yǔ)言。垃圾收集技術(shù)需要考慮的三個(gè)問(wèn)題是：

1、哪些內(nèi)存需要回收

2、什么時(shí)候回收

3、如何回收

java內(nèi)存運(yùn)行時(shí)區(qū)域的分布，其中程序計(jì)數(shù)器，虛擬機(jī)棧，本地方法區(qū)都是隨著線程而生，隨線程而滅，所以這幾個(gè)區(qū)域就不需要過(guò)多考慮回收問(wèn)題。但是堆和方法區(qū)就不一樣了，只有在程序運(yùn)行期間我們才知道會(huì)創(chuàng)建哪些對(duì)象，這部分內(nèi)存的分配和回收都是動(dòng)態(tài)的。垃圾收集器所關(guān)注的就是這部分內(nèi)存。

一 對(duì)象死亡判據(jù)

垃圾收集器在對(duì)一個(gè)對(duì)象回收之前，首先要判斷對(duì)象在程序中是否還有使用的可能性，充要條件就是沒(méi)有被程序可訪問(wèn)引用再指向這個(gè)對(duì)象實(shí)例。最簡(jiǎn)單的辦法就是給對(duì)象實(shí)例添加中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)引用指向它時(shí)，計(jì)數(shù)器就加一，當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器就減一，如果計(jì)數(shù)器值為0則說(shuō)明沒(méi)有引用指向它，可以進(jìn)行回收。但是這個(gè)方法中計(jì)數(shù)器為0并不是一個(gè)必要條件，例如，生成兩個(gè)對(duì)象實(shí)例，每個(gè)對(duì)象實(shí)例的屬性都指向?qū)Ψ?，那么這個(gè)兩個(gè)對(duì)象實(shí)例分別最少有一個(gè)引用。

java采用的是可達(dá)性分析算法，即找一部分對(duì)象作為"GC Roots"節(jié)點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向下搜索，當(dāng)某個(gè)對(duì)象到"GC Roots"節(jié)點(diǎn)沒(méi)有可達(dá)路徑時(shí)，說(shuō)明此對(duì)象是不可用的。在java中作為"GC Roots"的節(jié)點(diǎn)包括：虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象，方法區(qū)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象，方法區(qū)常量引用的對(duì)象，本地方法區(qū)中本地調(diào)用所引用的對(duì)象。

引用擴(kuò)充

如果reference類型的數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的數(shù)值是另一塊內(nèi)存的起始地址，那么這塊內(nèi)存就代表著一個(gè)引用。一個(gè)對(duì)象在這種狀態(tài)下，只能有被引用和沒(méi)有被引用兩種狀態(tài)。java對(duì)引用概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為強(qiáng)引用（new），軟引用（softReference），弱引用（WeakReference），虛引用（PhantomReference）。如果強(qiáng)引用存在，則垃圾收集器不會(huì)回收該對(duì)象。如果系統(tǒng)即將發(fā)生內(nèi)存溢出異常，那么垃圾回收集器則會(huì)回收軟引用對(duì)象。弱引用對(duì)象只能存活到下一次垃圾收集之前。虛引用對(duì)象不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成任何影響。

對(duì)象的自我救贖

在垃圾收集器發(fā)現(xiàn)某一個(gè)對(duì)象到"GC Roots"路徑不可達(dá)時(shí)，先會(huì)判斷該對(duì)象是否覆蓋finalize()方法，或是否執(zhí)行過(guò)finalize()方法。如果覆蓋了且沒(méi)有執(zhí)行過(guò)該方法，則會(huì)將該對(duì)象放到低優(yōu)先級(jí)的Finalizer線程中去執(zhí)行finalize()方法，如果在finalize()方法中該對(duì)象又被引用，則會(huì)有一次逃脫被回收的命運(yùn)。

方法區(qū)的回收

方法區(qū)中主要回收廢棄的常量和無(wú)用的類。對(duì)于常量，如果沒(méi)有引用指向常量，則該常量會(huì)被回收。對(duì)于類的回收則麻煩許多，首先要判斷該類是無(wú)用的類，無(wú)用的類要滿足三個(gè)條件：1所有類的實(shí)例被回收2加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收3Class沒(méi)有被引用，不會(huì)通過(guò)反射訪問(wèn)該類的方法。

二 垃圾回收算法

標(biāo)記-清除算法（Mark-Sweep）

該算法分為兩個(gè)階段：首先標(biāo)記處要回收的對(duì)象，標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象。

存在的問(wèn)題：1 標(biāo)記和清除效率都不高 2 標(biāo)記清除后會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存碎片，分配大對(duì)象時(shí)可能觸發(fā)另一次垃圾收集。

復(fù)制算法（Copying）

該算法將內(nèi)存分為兩個(gè)等大小的區(qū)域，每次只使用一個(gè)區(qū)域。當(dāng)一個(gè)區(qū)域快用完了，就將這個(gè)區(qū)域中存活的對(duì)象復(fù)制到另一個(gè)區(qū)域

優(yōu)點(diǎn)是避免了內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，缺點(diǎn)是浪費(fèi)內(nèi)存空間。

有公司研究表明，新生代的對(duì)象98%都是朝生暮死，所以虛擬機(jī)把新生代內(nèi)存劃分為一個(gè)較大的Eden空間和兩個(gè)較小的Survivor空間。每次只是用Eden空間和一個(gè)Survior空間，當(dāng)進(jìn)行復(fù)制清理時(shí)，將Survivor空間和Eden空間中存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊Survivor空間。當(dāng)Survivor空間不夠用時(shí)，就會(huì)依賴?yán)夏甏M(jìn)行分配擔(dān)保。

標(biāo)記-整理算法（Mark-Compact）

針對(duì)老年代對(duì)象存活率高的情況，復(fù)制算法明顯不合適，于是采用標(biāo)記整理算法，標(biāo)記和標(biāo)記清除算法相同，二后邊的整理則是讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后清理掉邊界外的內(nèi)存。

分代收集

當(dāng)前虛擬機(jī)都采用分代收集，分代的依據(jù)是對(duì)象的存活周期。一般新生代存活率低，采用復(fù)制算法。老年代存活率高采用標(biāo)記整理或標(biāo)記清除。

三垃圾收集器

由于虛擬機(jī)采用了分代收集，所以針對(duì)不同代收集器也不同。上圖是HotSpot虛擬機(jī)的垃圾收集器，連線表示可以協(xié)同工作。

Serial收集器，復(fù)制算法，它是一個(gè)單線程的收集器，并且在進(jìn)行收集時(shí)會(huì)暫停其他線程，它默認(rèn)是client模式下的新生代收集器。

ParNew收集器是Serial收集器的多線程版，它是第一款并發(fā)收集器。

Parallel Scavenge收集器可以精確控制吞吐量（用戶代碼運(yùn)行時(shí)間/（用戶代碼時(shí)間+垃圾收集時(shí)間））

SerialOld收集器是serial收集器的老年版，采用標(biāo)記整理算法，同樣是單線程收集器。

ParallelOld是ParallelScavenge收集器的老年版，使用多線程和標(biāo)記整理算法。

CMS收集器是以最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，采用標(biāo)記清除算法，在重視響應(yīng)速度的系統(tǒng)中得以應(yīng)用。但是缺點(diǎn)是對(duì)CPU資源敏感，無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾，易產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

G1收集器是最新推出的收集器，可應(yīng)用在JDK1.7u4及以上版本。它將內(nèi)存分為多個(gè)Region，新生代和老年代分別包含多個(gè)Region。G1跟蹤各個(gè)Region，判斷垃圾價(jià)值大小，優(yōu)先回收價(jià)值最大的Region。

四 內(nèi)存分配與回收策略

對(duì)象的分配，就是在堆上分配，對(duì)象主要分配在新生代的Eden區(qū)域中，如果啟動(dòng)了本地線程分配緩沖，則按線程優(yōu)先在TLAB中分配。少數(shù)情況也有可能直接分配到老年代。

對(duì)象在Eden區(qū)域分配時(shí)，當(dāng)Eden區(qū)域沒(méi)有足夠空間，虛擬機(jī)會(huì)發(fā)起一次新生代垃圾收集。

如果對(duì)象需要大量連續(xù)內(nèi)存空間，例如String類型和數(shù)組。大對(duì)象對(duì)于虛擬機(jī)內(nèi)存分配來(lái)說(shuō)是一個(gè)壞消息，朝生暮死的大對(duì)象是要命的壞消息。經(jīng)常出現(xiàn)大對(duì)象會(huì)導(dǎo)致多次出發(fā)垃圾收集。對(duì)于這類對(duì)象，可以設(shè)置參數(shù)將大對(duì)象直接存入老年代。

每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，當(dāng)對(duì)象在Eden區(qū)域出生，每經(jīng)過(guò)一次GC，并且存入Survivor，計(jì)數(shù)器加一。當(dāng)年齡增加到一定程度（默認(rèn)15），則會(huì)被存入老年代。同時(shí)，如果Survivor空間中相同年齡對(duì)象占空間超過(guò)50%，則也會(huì)直接進(jìn)入老年代。

總結(jié)

垃圾收集算法：復(fù)制算法，標(biāo)記-清除算法，標(biāo)記-清理算法。

垃圾收集器特點(diǎn)：新生代用復(fù)制，老年代用標(biāo)記清理，CMS用標(biāo)記清除。

Eden空間大小和Survivor空間大小默認(rèn)比率為8：1，即新生代10%的空間用來(lái)存放復(fù)制后的對(duì)象。

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