JVM垃圾回收原理該怎么解析

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)JVM垃圾回收原理該怎么解析，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。

概述

Java運行時區(qū)域中，程序計數(shù)器，虛擬機棧，本地方法棧三個區(qū)域隨著線程的而生，隨線程而死，這幾個區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具備確定性，不需要過多考慮回收問題。而Java堆和方法區(qū)則不一樣，一個接口的多個實現(xiàn)類需要的內(nèi)存不一樣，一個方法的多個分支需要的內(nèi)存可能也不一眼，我們只有在運行期，才能知道會創(chuàng)建的對象，這部分的內(nèi)存分配和回收，是垃圾回收器所關(guān)注的。垃圾回收器需要完成三個問題：那些內(nèi)存需要回收；什么時候回收以及如何回收。

那些垃圾需要回收

垃圾回收的基本思想是考察一個對象的可達(dá)性，即從根節(jié)點開始是否可以訪問到這個對象，如果可以，則說明對象正在被使用，相反如果從根節(jié)點無法訪問到這個對象，說明對象已經(jīng)不再使用了，一般來說此對象就是需要被回收的。這個算法為根搜索算法。

可達(dá)性分析

但是實際中，一個不可達(dá)的對象有可能在某種條件下“復(fù)活”自己，那么對它的回收就是不合理的。為此給出一個對象可達(dá)性狀態(tài)的定義，并規(guī)定了在什么狀態(tài)下可以安全的回收對象?？蛇_(dá)性對象包含了以下三種狀態(tài)。

可達(dá)的：從根節(jié)點開始，按照引用節(jié)點，可以搜索到這個對象

可復(fù)活的：對象的所有引用都被釋放，但是對象可能在finalize()方法中復(fù)活自己。

不可達(dá)的：對象的finalize()方法被調(diào)用，并且沒有復(fù)活，那么就進(jìn)入不可達(dá)狀態(tài)。不可達(dá)的對象不可能會被“復(fù)活”，因為finalize()方法只能調(diào)用一次。

/** *  * <p>Description: 1.對象被GC時，可以通過finalize拯救 2.finalize只被調(diào)用一次 </p>  * @date 2019年8月25日  * @version 1.0 */public class FinalizeTest {  private static FinalizeTest currentObj;  @Override  protected void finalize() throws Throwable {    super.finalize();    System.out.println("finalize invoke");    //重新引用    currentObj = this;  }  public void alive() {    System.out.println("live");  }  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {    currentObj = new FinalizeTest();    currentObj = null;    System.gc();    //finalize優(yōu)先級地，先等待    Thread.sleep(500);    if(currentObj == null) {      System.out.println("dead");    }else {      currentObj.alive();    }    currentObj = null;    System.gc();    //finalize優(yōu)先級地，先等待    Thread.sleep(500);    if(currentObj == null) {      System.out.println("dead");    }else {      currentObj.alive();    }  }}

上面代碼有一處一樣的斷碼片段，但是得到的結(jié)果卻并不相同，一次對象“拯救復(fù)活”成功，另一次失敗，那么就可以被正?；厥铡?/p>

可以作為GC Roots包括下面幾種：

虛擬機棧（棧幀中的本地表量表）中引用的對象  方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象  方法區(qū)中常量引用的對象  本地方法棧中JNI引用（即一般Native的方法）的對象

四種引用類型

在JDK1.2之后對引用進(jìn)行了擴充，分為強引用，軟引用，弱引用，虛引用4種，這四種強度一次減弱。通過對引用的擴充，可以依據(jù)內(nèi)存的使用來描述這樣的對象：當(dāng)內(nèi)存足夠，則保留內(nèi)存中；如果內(nèi)存空間進(jìn)行垃圾回收后還是很緊張，則可以拋棄這類對象。很多系統(tǒng)的緩存功能符合這樣的應(yīng)用場景。

強引用

在Java中最常見的就是強引用， 把一個對象賦給一個引用變量，這個引用變量就是一個強引用。當(dāng)一個對象被強引用變量引用時，它處于可達(dá)狀態(tài)，它是不可能被垃圾回收機制回收的，即使該對象以后永遠(yuǎn)都不會被用到JVM也不會回收。因此強引用是造成Java內(nèi)存泄漏的主要原因之一。

軟引用

軟引用需要用SoftReference類來實現(xiàn)，對于只有軟引用的對象來說，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存足夠時它不會被回收，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存空間不足時它會被回收。軟引用通常用在對內(nèi)存敏感的程序中。

弱引用

弱引用需要用WeakReference類來實現(xiàn)，它比軟引用的生存期更短，對于只有弱引用的對象來說，只要垃圾回收機制一運行，不管 JVM 的內(nèi)存空間是否足夠，總會回收該對象占用的內(nèi)存。

虛引用

虛引用需要PhantomReference類來實現(xiàn)，它不能單獨使用，必須和引用隊列聯(lián)合使用。 虛引用的主要作用是跟蹤對象被垃圾回收的狀態(tài)。

什時候回收

按HotSpot VM的serial GC的實現(xiàn)來看觸發(fā)條件主要分為以下幾種：

young GC：當(dāng)young gen中的eden區(qū)分配滿的時候觸發(fā)。注意young GC中有部分存活對象會晉升到old gen，所以young GC后old gen的占用量通常會有所升高。  full GC：當(dāng)準(zhǔn)備要觸發(fā)一次young GC時，如果發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)說之前young GC的平均晉升大小比目前old gen剩余的空間大，則不會觸發(fā)young GC而是轉(zhuǎn)為觸發(fā)full GC（因為HotSpot VM的GC里，除了CMS的concurrent collection之外，其它能收集old gen的GC都會同時收集整個GC堆，包括young gen，所以不需要事先觸發(fā)一次單獨的young GC）；或者，如果有perm gen的話，要在perm gen分配空間但已經(jīng)沒有足夠空間時，也要觸發(fā)一次full GC；或者System.gc()、heap dump帶GC，默認(rèn)也是觸發(fā)full GC。

HotSpot VM里其它非并發(fā)GC的觸發(fā)條件復(fù)雜一些，不過大致的原理與上面說的其實一樣。并發(fā)GC的觸發(fā)條件就不太一樣。以CMS GC為例，它主要是定時去檢查old gen的使用量，當(dāng)使用量超過了觸發(fā)比例就會啟動一次CMS GC，對old gen做并發(fā)收集。

如何回收

如何回收主要就涉及到垃圾回收的算法了。下面介紹幾種垃圾回收算法的思想。

標(biāo)記清除法(Mark-Sweep)

標(biāo)記清除算法是現(xiàn)代垃圾回收算法的思想基礎(chǔ)。它主要分為兩個階段：標(biāo)記階段和清除階段。在標(biāo)記階段，首先通過根節(jié)點，標(biāo)記所有從根節(jié)點開始的可達(dá)隊對象，因此未被標(biāo)記的對象就是未被引用的垃圾對象。然后在清除階段，清除所有的未被標(biāo)記的對象。

標(biāo)記清除算法的不足有：效率的問題和標(biāo)記清除后產(chǎn)生的大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片。而內(nèi)存碎片太多可能會導(dǎo)致在分配大對象時，無法找到連續(xù)的內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另外一次垃圾回收。

復(fù)制算法(Coping)

復(fù)制算法的核心思想是：將原有的內(nèi)存空間分為兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時，將正在使用的內(nèi)存中存活對象復(fù)制到未使用的內(nèi)存塊中，之后清除正在使用的內(nèi)存塊中的所有對象，交換兩個內(nèi)存的角色，完成垃圾回收。

如果系統(tǒng)中的待回收的對象很多，復(fù)制算法需要復(fù)制的存活對象就會相對較少，真正的垃圾回收時刻，復(fù)制算法的效率就會很高。而且對象是在垃圾回收過程中的，統(tǒng)一復(fù)制到新的內(nèi)存空間，再清除原來使用的內(nèi)存，因此可以確?；厥蘸蟮膬?nèi)存空間是沒有碎片的。但是另一方面，復(fù)制算法的代價是需要使用更多的內(nèi)存空間。

復(fù)制算法比較適用于新生代。因為新生代垃圾對象通常多余存活對象，復(fù)制算法的效率會比較高。

標(biāo)記整理算法(Mark Compact)

在老年代，大部分的對象都是存活對象。如果依然用復(fù)制算法，由于存活的對象多，復(fù)制的成本也將提高。因此基于老年代的垃圾回收特性，需要使用其他的算法。標(biāo)記整理算法是一種老年代的回收算法。它在標(biāo)記算法的基礎(chǔ)上做了一些優(yōu)化。和標(biāo)記清除算法一樣，它也是從更節(jié)點開始，但是并不是清除未標(biāo)記的對象，而是將存活的對象壓縮到內(nèi)存的一邊，之后清除邊界外所有空間。這種方法避免了碎片的產(chǎn)生，又不需要過多的內(nèi)存空間，因此性價比比較高。

標(biāo)記整理法的最終效果等同于標(biāo)記清除算法執(zhí)行完成后，再進(jìn)行一次內(nèi)存碎片的整理，因此也可以把它稱為標(biāo)記清除整理(MarkSweepComact)。

分代算法(Generational Collecting)

分代算法是根據(jù)對象存活周期不同將內(nèi)存化為幾塊。一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個年代的特點采用最合適的收集算法。新生代中的特點是對象朝生夕死，大約90%的新建對象會被回收，因此新生代適合復(fù)制算法。當(dāng)一個對象經(jīng)過幾次回收后依然存活，對象就會被放入老年代的內(nèi)存空間。在老年代中可以認(rèn)為對象在一段時間內(nèi)，甚至在程序的整個生命周期，是常駐內(nèi)存的，可以對老年代使用標(biāo)記清除和標(biāo)記整理算法。

對于新生代和老年代來說，通常新生代的回收頻率很高，但是每次回收的耗時都很短，而老年代回收的頻率比較低，但是會消耗更多的時間。

分區(qū)算法(Region)

一般來說，相同條件下，堆空間越大，一次GC所需要的事件越長，從而產(chǎn)生的停頓也越長。為了更好的靠之停頓時間，將一塊大的內(nèi)存區(qū)域分割成多個大小形同的小區(qū)域，依據(jù)目標(biāo)的停頓時間，每次回收若干個小區(qū)間，而不是整個堆空間，從而減少一次GC所產(chǎn)生的停頓。分區(qū)算法是將整個堆空間劃分為連續(xù)的不同小區(qū)間。每個小區(qū)間獨立使用，獨立回收。

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