深入理解Java虚拟机03--垃圾收集器与内存分配策略

一.概述 

• 哪些内存需要回收？
• 什么时候回收？
• 如何回收？

二.对象已死吗 

1.引用计数算法 

1. 定义：给对象添加一个引用计数器，当增加一个引用时，加1，当一个引用时，减1;

2. 缺陷：当对象之间互相循环引用时，就会变的像“不死对象”；

2.可达性分析算法

　　在主流的商用程序语言（Java、C#，甚至包括前面提到的古老的Lisp）的主流实现中， 都是称通过可达性分析（Reachability Analysis）来判定对象是否存活的。这个算法的基本思 路就是通过一系列的称为“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（Reference Chain），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，则证明此对象是不可用的。如 图3-1所示，对象object 5、object 6、object 7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

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。

方法区中类静态属性引用的对象。

方法区中常量引用的对象。

本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

3、引用

• 强引用：“=”实现，引用只要还在，就不会被GC回收；
• 软引用：SoftReference实现，在内存不足发生OOM之期，就回收掉该引用；
• 弱引用：WeakReference实现，在下一次GC前，就回收掉该引用；
• 虚引用：PhantomReference实现，在任何时候可能被回收，不过回收后可以收到系统的通知；

4.生存还是死亡 (finalize方法自救)

• 如果GC Roots 不可达，进行第一次标记；
• 再看finalize()方法有没有被复写，有则先执行finalize()方法；

1. 逃命方法：将自己关联到类变量之类或者某对象的成员变量的；
2. 终身只有一次调用机会；

• 接着GC进行第二次标记，如果没有逃脱，则回收；

5.无用的类

• 所有该类的实例已被回收
• 该类的ClassLoad已被回收
• 该类对应的java.lang.Class没有在任何地方被引用，不存在该类的反射

三.垃圾回收算法

1、标记——清除法

• 方案：先标记，然后直接回收
• 缺陷：产生大量碎片，不好分配大内存

2、复制算法

• 方案：将内存分为AB两块，回收时，将A块的对象全部复制到B，然后把未回收的上移,然后把已使用过的A全部清除；
• 优点：实现简单，运行高效；
• 缺陷:有一半处于无用状态，浪费；
• HotSpot：通过 Eden:Surivor:Surivor=8:1:1的比例分配，这样只有10%的空间浪费；不足时，需要依赖其他内存分配担保；

3、标记—整理算法

• 方案：标记—清理之后，再整体上移；
• 适应：适合老年代内存区使用

4、分代收集算法

• 新生代：使用复制算法
• 老年代：使用“标记-清理”或者“标记—整理”算法

四.垃圾收集器

1、 Serial收集器

• 这个收集器是一个单线程收集器，
• 只会使用一个CPU或者一条收集线程进行垃圾收集工作
• 其余的工作现场必须暂停，直到收集结束

2、ParNew收集器

• Serial收集器的多线程版本
• 垃圾收集器线程和工作线程同时工作

3、Paraller Scavenge收集器

• 目标：达到一个可控的吞吐量
• 吞吐量： 用户运行时间/(用户运行时间+垃圾回收时间）
• GC自适应调节：调整参数提供最合适的停顿时间或者最大的吞吐量

4、CMS收集器

• 目标：最短回收停顿时间
• 步骤：

1. 初始标记
2. 并发标记
3. 重新标记
4. 并发清除

• 缺点：

1. 对CPU资源非常敏感
2. 无法处理浮动垃圾
3. 基于“标记-清除”算法实现，碎片多

5、G1 收集器

• 并行与并发
• 分代收集
• 空间整合：

1. 整体看：基于“标记-整理”算法
2. 局部看：基于“复制”算法

• 可预测停顿

1. 有计划避免 Java 堆中进行全区域的垃圾收集

6、GC日志

33.125： [GC [DefNew: 3324k ->152k(3712k),0.0025925 secs] 3324k->152k(11904k),0.0031680 secs]

• 33.125: GC发生时间
• [GC:GC停顿类型，如果是 [Full GC
• [DefNew: 垃圾回收器类型
• 3324k ->152k(3712k)： GC前内存区域已使用容量-> GC后内存区域已使用容量（内存区域总容量）
• 3324k->152k(11904k)： GC前Java堆已使用容量->GC后Java堆已使用容量
• 0.0025925：内存区域GC所占用时间

五.内存分配和回收策略

最终都是给对象分配内存和回收分配给对象的内存

• 对象优先在 Eden 分配
• 大对象直接进入老年代
• 长期存活的对象进入老年代
• 动态对象年龄判定

如果在一个 Survivor 空间中相同年龄所占内存大小占有一半，那么大于或者等于该年龄的对象直接进入老年代

• 空间分配担保

新生代的回收采用“复制算法”，如果没有足够的内存空间，需要老生代来担保，将一部分对象直接进入老年代，如果老年代空间还是不足，就有危险了。所以就根据以前进入老年代的对象容量大小的平均值来做个参考。通过 Fulll GC 对老年代进行一次GC，尽量腾出更多的空间。以防担保失败。

• Minor Gc 和 Full GC

1. Minor Gc:新生代的GC，很快
2. Full GC:老年代的GC,慢10倍

六.小结

　　本篇了解引用的算法，由此去判断一个对象是"死”还是“活”，四种引用类型，由强至弱，生存能力越来越差，被 GC 回收的可能性也就越高。当然在一生中有唯一一次的自救机会，就是复写 finalize() 方法。进行垃圾回收时，会影响到性能。所以，出了各种回收算法以及垃圾回收器。这些各有优劣，只有适合当前环境的才是最好的。