《深入理解 Java 虚拟机》学习 -- 垃圾回收算法

1. 说明

程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈三个区域随线程而生，随线程而灭，这几个区域的内存分配和回收都具备确定性
Java 堆和方法区这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存

新生代和老年代

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一块内存空间，主要用于存放各种类的实例对象。

在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。

堆的内存模型大致为：

堆大小 = 新生代 + 老年代。

垃圾回收一般发生在 java 堆中。

方法区称作永久代。

新生代：

对象存活率低。

老年代：

对象存活率高。

2. 判断堆中对象是否已死（不可能再被任何途径使用的对象）算法

2.1 引用计数算法

含义：

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加 1；当引用失效时，计数器就减 1；任何时刻计数器都为 0 的对象就是不可能再被使用的。

缺点：

很难解决对象之间的相互循环引用的问题。

举例：

下面例子中：对象 objA 和对象 objB 都有字段 instance，赋值令 objA.instance = objB 及 objB.instance = objA, 除此之外，这两个对象无任何引用，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是因为它们互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为 0，于是引用计数算法无法通过 GC 收集器回收它们。

public class ReferenceCountingGC {

    public Object instance = null;

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    // 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC 日志中看清楚是否被回收过

    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];

    public static void main(String[] args) {

        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();

        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();

        objA.instance = objB;

        objB.instance = objA;

        objA = null;

        objB = null

        // 假设在这行发生 GC，那么 objA 和 objB 是否能被回收

        System.gc();

    }

}

注意：VM options 配置参数：-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

打印部分结果如下：

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 6772K->680K(38400K)] 6772K->680K(125952K), 0.0098335 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 680K->0K(38400K)] [ParOldGen: 0K->623K(87552K)] 680K->623K(125952K), [Metaspace: 3213K->3213K(1056768K)], 0.0145286 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

结果中可以看到 GC 日志中包含 6772K->680K，这意味这虚拟机并没有因为这两个对象互相引用就不回收它们，说明虚拟机并不是通过引用计数算法来判断对象是否存活的。

2.2. 根搜索算法（可达性分析算法）

含义：

通过一系列的名为 “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，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连（用图论的话来说就是从 GC Roots 到这个对象不可达）时，则证明此对象时不可用的。

GC Rooot 对象：

虚拟机栈（栈帧的本地变量表）中的引用的对象
方法区中的类静态属性引用的对象
方法去中的常量引用的对象
本地方法栈中 JNI（即一般说的 Native 方法）的引用的对象

（方法区和栈中）

举例：

对象 object5，object6，object7 虽然互相有关联，但是它们到 GC Roots 是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

3. 垃圾收集算法

3.1 标记 - 清除算法

含义：

首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。

缺点：

效率不高
空间碎片太多

示例：

3.2 复制算法（一般在新生代中使用）

含义：

将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

缺点：

将内存缩小为原来的一半，代价太高。

改进：

将内存分为一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survivor 空间，每次使用 Eden 和其中的一块 Survivor 。当回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性地拷贝到另外一块 Survivor 空间上，最后清理掉 Eden 和刚才用过的 Survivor 的空间。

示例：

3.3 标记 - 整理算法（一般在老年代中使用）

含义：

让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

示例：

3.4 分代收集算法

含义：

根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块，一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，然后根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

新生代：复制算法
老年代：标记 - 整理 / 标记 - 整理

现在基本都使用这种。