JVM垃圾回收重要理论剖析【纯理论】

JVM学习到这里，终于到学习最兴奋的地方了---垃圾回收，在学习它之前还得对JVM垃圾回收相关理论知识进行了解，然后再通过实践来加深对理论的理解，下面直接开始了解相关的理论：

JVM运行时内存数据区域：

这个在之前其实已经介绍过了，对于JVM的垃圾回收一定是回收内存里面的内容，所以如果不对内存区域的划分，区域存放的内容有所了解，那何谈垃圾回收呢？所以看一下下图对内存区域的划分描述：

其这以上区域在上一次【https://www.cnblogs.com/webor2006/p/10618362.html】都已经讲过了，下面再来整体回顾一下。

方法区域：

其中它是数据是线程共享的：

那所谓方法区域是线程共享的是指的啥意思呢？比如说一个类的class元信息就会映射到方法区域当中，那么这个元信息会被所有的线程所访问，因为只有一份，所以该区域是线程共享的。

下面再来阐述一下它：

• 存放了每个Class的结构信息，包括常量池、字段描述、方法描述。
• GC的非主要工作区域。

Java虚拟机栈（JVM Stack）：

下面再对其进行一些阐述：

• Java虚拟机描述的是Java方法的执行模型：每个方法执行的时候都会创建一个帧（Frame），栈用于存放局部变量表，操作栈，动态链接，方法出口等信息。一个方法的执行过程，就是这个方法对于栈帧的入栈出栈过程。
• 它是线程隔离的，如图上所示。

本地方法栈：

堆：

它里面的数据也是线程共享的：

下面再来阐述一下它：

• 堆里存放的是对象的实例。
• 是Java虚拟机管理内存中最大的一块。
• GC主要的工作区域，为了高效的GC，会把堆细分更多的子区域。【这个在之后会细说】
• 它是线程共享的，如图所示。

程序计数器：

JVM运行时数据区域例子：

对于这样一个方法代码：

以上方法在执行之后在内存中发生的变化如下：

• 生成了2部分的内存区域：1、obj这个引用变量，因为是方法内的变量，放到JVM Stack里面；2、真正Object class的实例对象，放到Heap里面。
• 上述的new语句一共消耗12个bytes，JVM规定引用占4个bytes（在JVM Stack），而空对象是8个bytes（在Heap）。
• 方法结束后，对应Stack中的变量马上回收，但是Heap中的对象要等到GC来回收。

JVM垃圾回收（GC）模型：

垃圾判断算法：

• 引用计数算法（Reference Counting）
  ①、给对象添加一个引用计数器，当有一个地方引用它，计数器加1，当引用失效，计数器减1，任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的，比较好理解。
  ②、引用计数算法无法解决对象循环引用的问题。啥意思，下面用图来说明一下：
  

  JVM中存在A、B两个对象，而A、B是相互引用着的，也就是A里面持有B的引用，而B里面又持有A的引用，如下：
  
  而开始这两对象是被其它地方所引用着的，比如方法栈中，如下：

  
  而之后虚拟机栈的这两个引用消失了，也就是整个虚拟机中就只有这两个相互引用的对象了，而这两对象不被任何对象所引用着了：
  
  而根据引用计数器的定义规则，A和B的引用计数器都是1，但是实际这俩都是孤立的对象，所以如果采用引用计数来进行垃圾回收，则这俩对象永远不会被回收。

• 根搜索算法（GC Roots Tracing） 
  既然引用计数算法存在对象循环引用的问题，所以此算法出现了，下面具体看下该算法：
  ①、在实际的生产语言中（Java、C#等），都是使用根搜索算法判断对象是否存活。
  ②、算法基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的点作为超始进行向下搜索，当一个对象到GC Roots没有任何引用链（Reference Chain）相连，则证明此对象是不可用的。 
  ③、在Java语言中，GC Roots包括【也就是什么是GC Roots?】：
       a、在vm栈（帧中的本地变量）中的引用。
            所以根据根搜索算法，由于目前没有栈中的引用指向A和B对象，所以这个算法规则这俩对象是可以被回收的了，如下：
            
       b、方法区中的静态引用。
       c、JNI(既一般说的Native方法)中的引用。

方法区：

• Java虚拟机规范表示可以不要求虚拟机在这区域实现GC，这区域GC的“性价比”一般比较低。
• 在堆中，尤其是在新生代，常规应用进行一次GC一般可以回收70%~80%的空间，而方法区的GC效率远小于此。
• 当前的商业JVM都有实现方法区的GC，主要是回收两部分内容：废弃常量与无用类。
• 类加收需要满足如下3个条件【条件是极其苛刻的】：
  1、该类所有的实例都已经被GC,也就是JVM中不存在该Class的任何实例。
  2、加载该类的ClassLoader已经被GC。
  3、该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，如不能在任何地方通过反射访问该类的方法。
• 在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架、动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要JVM具备类卸载的支持以保证方法区不会溢出。

JVM常见GC算法：

• 标记-清除算法（Mark-Sweep）
• 标记-整理算法（Mark-Compact）
• 复制算法（Copying）
• 分代算法（Generational）

具体每个算法下次继续再来学习~~