JVM的垃圾回收算法工作原理詳解

怎么判斷對(duì)象是否可以被回收？

共有2種方法，引用計(jì)數(shù)法和可達(dá)性分析

1.引用計(jì)數(shù)法

所謂引用計(jì)數(shù)法就是給每一個(gè)對(duì)象設(shè)置一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用這個(gè)對(duì)象時(shí)，就將計(jì)數(shù)器加一，引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器就減一。當(dāng)一個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器為零時(shí)，說(shuō)明此對(duì)象沒(méi)有被引用，也就是“死對(duì)象”,將會(huì)被垃圾回收.

引用計(jì)數(shù)法有一個(gè)缺陷就是無(wú)法解決循環(huán)引用問(wèn)題，也就是說(shuō)當(dāng)對(duì)象A引用對(duì)象B，對(duì)象B又引用者對(duì)象A，那么此時(shí)A,B對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器都不為零，也就造成無(wú)法完成垃圾回收，所以主流的虛擬機(jī)都沒(méi)有采用這種算法。

public classReferenceFindTest{
publicstaticvoidmain(String[] args){
MyObject object1 = new MyObject();
MyObject object2 = new MyObject();
object1.object = object2;
object2.object = object1;
object1 = null;
object2 = null;
}
}

2.可達(dá)性算法(引用鏈法)

該算法的思想是：從一個(gè)被稱為GC Roots的對(duì)象開(kāi)始向下搜索，如果一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒(méi)有任何引用鏈相連時(shí)，則說(shuō)明此對(duì)象不可用。

在java中可以作為GC Roots的對(duì)象有以下幾種:

• 虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象
• 方法區(qū)類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
• 方法區(qū)常量池引用的對(duì)象
• 本地方法棧JNI引用的對(duì)象

雖然這些算法可以判定一個(gè)對(duì)象是否能被回收，但是當(dāng)滿足上述條件時(shí)，一個(gè)對(duì)象比不一定會(huì)被回收。當(dāng)一個(gè)對(duì)象不可達(dá)GC Root時(shí)，這個(gè)對(duì)象并不會(huì)立馬被回收，而是出于一個(gè)死緩的階段，若要被真正的回收需要經(jīng)歷兩次標(biāo)記。

如果對(duì)象在可達(dá)性分析中沒(méi)有與GC Root的引用鏈，那么此時(shí)就會(huì)被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選，篩選的條件是是否有必要執(zhí)行finalize()方法。當(dāng)對(duì)象沒(méi)有覆蓋finalize()方法或者已被虛擬機(jī)調(diào)用過(guò)，那么就認(rèn)為是沒(méi)必要的。

如果該對(duì)象有必要執(zhí)行finalize()方法，那么這個(gè)對(duì)象將會(huì)放在一個(gè)稱為F-Queue的對(duì)隊(duì)列中，虛擬機(jī)會(huì)觸發(fā)一個(gè)Finalize()線程去執(zhí)行，此線程是低優(yōu)先級(jí)的，并且虛擬機(jī)不會(huì)承諾一直等待它運(yùn)行完，這是因?yàn)槿绻鹒inalize()執(zhí)行緩慢或者發(fā)生了死鎖，那么就會(huì)造成F-Queue隊(duì)列一直等待，造成了內(nèi)存回收系統(tǒng)的崩潰。GC對(duì)處于F-Queue中的對(duì)象進(jìn)行第二次被標(biāo)記，這時(shí)，該對(duì)象將被移除”即將回收”集合，等待回收。

堆內(nèi)存分代策略以及意義

策略

Java虛擬機(jī)將堆內(nèi)存劃分為新生代、老年戰(zhàn)和永久代，永久代是HotSpaot 虛擬機(jī)特有的概念，它采用永久代的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)方法區(qū),其他的虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)沒(méi)有這一概念,而且HotSpot也有取消永久代的趨勢(shì)，在JDK 1.7中HotSpot已經(jīng)開(kāi)始了“去永久化”，把原本放在永久代的字符串常量池移出。永久代主要存放常量、類信息、靜態(tài)變量等數(shù)據(jù)（移植到方法區(qū)），與垃圾回收關(guān)系不大，新生代和老年代是垃圾回收的主要區(qū)域。

新生代（Young）

新生成的對(duì)象優(yōu)先存放在新生代中,新生代對(duì)象朝生夕死，存活率很低,在新生代中，常規(guī)應(yīng)用進(jìn)行一次垃圾收集-般可以回收70% ~ 95%的空間，回收效率很高。

老年代(OldGenerationn)

在新生代中經(jīng)歷了多次(具體看虛擬機(jī)配置的閥值)GC后仍然存活下來(lái)的對(duì)象會(huì)進(jìn)入老年代中。老年代中的對(duì)象生命周期較長(zhǎng)，存活率比較高,在老年代中進(jìn)行GC的頻率相對(duì)而言較低，而且回收的速度也比較慢。

永久代(PermanentGenerationn)

永久代存儲(chǔ)類信息、常量、靜態(tài)變量、即時(shí)編譯器編譯后的代碼等數(shù)據(jù)，對(duì)這一區(qū)域而言，Java虛擬機(jī)規(guī)范指出可以不進(jìn)行垃圾收集，一般而言不會(huì)進(jìn)行垃圾回收。

• Jdk1.6及之前： 有永久代, 常量池1.6在方法區(qū)。
• Jdk1.7： 有永久代，但已經(jīng)逐步“去永久代”，常量池1.7在堆。
• Jdk1.8及之后： 無(wú)永久代，常量池1.8在元空間。而元空間是直接存在內(nèi)存中，不在java虛擬機(jī)中的，因此元空間依賴于內(nèi)存大小。當(dāng)然你也可以自定義元空間大小。

意義

有了內(nèi)存分代，新創(chuàng)建的對(duì)象會(huì)在新生代中分配內(nèi)存,經(jīng)過(guò)多次回收仍然存活下來(lái)的對(duì)象存放在老年代中，靜態(tài)屬性、類信息等存放在永久代中，新生代中的對(duì)象存活時(shí)間短，只需要在新生代區(qū)域中頻繁進(jìn)行GC,老年代中對(duì)象生命周期長(zhǎng)，內(nèi)存回收的頻率相對(duì)較低,不需要頻繁進(jìn)行回收，永久代中回收效果太差, 一般不進(jìn)行垃圾回收，還可以根據(jù)不同年代的特點(diǎn)，采用不同的垃圾收集算法。分代垃圾收集大大提升了垃圾收集效率，這些都是JVM分代的好處。

垃圾回收算法

1.復(fù)制算法

復(fù)制算法將可用內(nèi)存按容量劃分為相等的兩部分，然后每次只使用其中的一塊，當(dāng)一塊內(nèi)存用完時(shí)，就將還存活的對(duì)象復(fù)制到第二塊內(nèi)存上，然后一次性清楚完第一塊內(nèi)存，再將第二塊上的對(duì)象復(fù)制到第一塊。但是這種方式，內(nèi)存的代價(jià)太高，每次基本上都要浪費(fèi)一半的內(nèi)存。

2.標(biāo)記清除算法

是JVM垃圾回收算法中最古老的一個(gè)，該算法共分成兩個(gè)階段，第一階段從引用根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始標(biāo)記所有被引用的對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，清除未被標(biāo)記的對(duì)象。該算法的缺點(diǎn)是需要暫停整個(gè)應(yīng)用，并且在回收以后未使用的空間是不連續(xù)，即內(nèi)存碎片，會(huì)影響到存儲(chǔ)。

3.標(biāo)記整理算法

此算法結(jié)合了標(biāo)記-清楚算法和復(fù)制算法的優(yōu)點(diǎn)，也分為兩個(gè)階段，第一階段從引用根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始標(biāo)記所有被引用的對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，在回收不存活的對(duì)象占用的空間后，會(huì)將所有的存活對(duì)象往左端空閑空間移動(dòng)，并更新對(duì)應(yīng)的指針。標(biāo)記-整理算法是在標(biāo)記-清除算法的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了對(duì)象的移動(dòng)，因此成本更高，但是卻解決了內(nèi)存碎片的問(wèn)題，按順序排放，同時(shí)解決了復(fù)制算法所需內(nèi)存空間過(guò)大的問(wèn)題。

4.分代收集

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根據(jù)對(duì)象存活的生命周期將內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的區(qū)域。一般情況下將堆區(qū)劃分為老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），在堆區(qū)之外還有一個(gè)代就是永久代（Permanet Generation）。老年代的特點(diǎn)是每次垃圾收集時(shí)只有少量對(duì)象需要被回收，而新生代的特點(diǎn)是每次垃圾回收時(shí)都有大量的對(duì)象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。

a.年輕代回收算法（核心其實(shí)就是復(fù)制算法）

HotSpot將新生代劃分為三塊，-塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，默認(rèn)比例為8: 1: 1。劃分的目的是因?yàn)镠otSpot采用復(fù)制算法來(lái)回收新生代，設(shè)置這個(gè)比例是為了充分利用內(nèi)存空間，減少浪費(fèi)。新生成的對(duì)象在Eden區(qū)分配(大對(duì)象除外，大對(duì)象直接進(jìn)入老年代) ,當(dāng)Eden區(qū)沒(méi)有足夠的空間進(jìn)行分配時(shí),虛擬機(jī)將發(fā)起一次Minor GC。GC開(kāi)始時(shí),對(duì)象只會(huì)存在于Eden區(qū)和From Survivor區(qū)，To Survivor區(qū)是空的(作為保留區(qū)域)。

GC進(jìn)行時(shí)，Eden區(qū)中所有存活的對(duì)象都會(huì)被復(fù)制到To Survivor區(qū),而在FromSurvivor區(qū)中,仍存活的對(duì)象會(huì)根據(jù)它們的年齡值決定去向，年齡值達(dá)到閥值(默認(rèn)為15 ,新生代中的對(duì)象每熬過(guò)一輪垃圾回收年齡值就加1 ,GC分代年齡存儲(chǔ)在對(duì)象的header中)的對(duì)象會(huì)被移到老年代中,沒(méi)有達(dá)到閥值的對(duì)象會(huì)被復(fù)制到To Survivor區(qū)。

接著清空Eden區(qū)和From Survivor區(qū)，新生代中存活的對(duì)象都在To Survivor區(qū)。接著, From Survivor區(qū)和To Survivor區(qū)會(huì)交換它們的角色，也就是新的To Survivor區(qū)就是上次GC清空的FromSurvivor區(qū)，新的From Survivor區(qū)就是.上次GC的To Survivor區(qū)，總之，不管怎樣都會(huì)保證To Survivor區(qū)在一輪GC后是空的（其實(shí)這就是分代收集算法中的年輕代回收算法，稍后我們會(huì)看到）。

GC時(shí)當(dāng)To Survivor區(qū)沒(méi)有足夠的空間存放上一次新生代收集下來(lái)的存活對(duì)象時(shí)，需要依賴?yán)夏甏M(jìn)行分配擔(dān)保，將這些對(duì)象存放在老年代中。

b.老年代回收算法（回收主要以標(biāo)記-整理為主）

1)在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象，就會(huì)被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象。

2)內(nèi)存比新生代也大很多(大概比例是1:2)，當(dāng)老年代內(nèi)存滿時(shí)觸發(fā)Major GC即Full GC，F(xiàn)ull GC發(fā)生頻率比較低，老年代對(duì)象存活時(shí)間比較長(zhǎng)，存活率標(biāo)記高。

c. 持久代（Permanent Generation）的回收算法

用于存放靜態(tài)文件，如Java類、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒(méi)有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate 等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來(lái)存放這些運(yùn)行過(guò)程中新增的類。在該區(qū)內(nèi)很少發(fā)生垃圾回收，但是并不代表不發(fā)生GC，在這里進(jìn)行的GC主要是對(duì)持久代里的常量池和對(duì)類型的卸載。

條件：

1)該類所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，即Java堆中不存在該類的任何實(shí)例；

2)加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收；

3)該類對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有在任何地方被引用，無(wú)法在任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類的方法。

虛擬機(jī)可以對(duì)滿足上述3個(gè)條件的無(wú)用類進(jìn)行回收，此處僅僅是“可以”，而并不是和對(duì)象一樣，不使用了就必然回收！

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。