《深入理解Java虚拟机》学习笔记———对GC算法理解

《深入理解Java虚拟机》学习笔记———对GC算法理解

在商用Java虚拟机中，由于不同对象存活周期不同，根据存活周期可以分为新生代和老年代，对新生代和老年代采用不同的垃圾回收算法，叫做分代回收算法。

对于新生代，每次回收时，都会有大部分对象死亡，只有少部分对象存活，所以采用复制算法，只需要花费少量的存活对象的复制成本。

对于老年代，因为存活率比较高，没有额外空间对它进行分配担保，所以采用标记-整理算法。

下面分别介绍下复制算法和标记-整理算法：

复制算法——将虚拟机内存分配为两个区域，每次只使用其中一块儿区域。当该区域空间用完后，将存活的对象移动到另一区域内，然后将已使用过的内存空间清理掉。HotSpot中，Eden和Survivor的比例分配为8：1。（注：复制算法的弊端是缩小了实际内存使用）
标记-整理算法——说到标记-整理算法，先要介绍另外一个算法——标记-清除算法。标记-清除算法分为两个步骤，第一步要先标记出所有要回收的对象，第二步将标记出的对象统一回收。标记-清除算法有两个明显的不足是：1、效率问题，标记和清除这两个操作的效率都不高；2、清除以后内存空间会产生大量的不连续碎片，碎片太多程序运行过程中比较大的对象时，由于空间不足而导致再一次触发垃圾回收机制。所以在此基础上，提出了标记-整理算法。标记整理算法与标记清除算法不同的是，在标记出要回收的对象之后，不直接进行清除，而是将所有存活的对象向一端移动，然后清除边界意外的对象。

接下来介绍一下在标记-整理/清除算法中的标记过程

在jvm中，标记算法主要分为两种：引用计数法和可达性分析算法。下面分别介绍一下这两种标记算法：

引用计数法——在虚拟机堆中，对每个对象增加一个引用计数器，每当该对象被引用一次时，引用计数器加一，当引用时效后，引用计数器减一，当计数器为0时，该对象不能再被引用。引用计数器算法比较简单，效率也比较高，但有一个问题：

#

public class ReferenceCountingGC {

private Object INSTANCE;

private final int _1MB = 1024*1024;

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

public static void testGC(){
    ReferenceCountingGC r1 = new ReferenceCountingGC();
    ReferenceCountingGC r2 = new ReferenceCountingGC();

    r1.INSTANCE = r2;
    r2.INSTANCE = r1;

    r1=null;
    r2=null;
    System.gc();
}

public static void main(String[] args) {
    ReferenceCountingGC r1 = new ReferenceCountingGC();
    ReferenceCountingGC r2 = new ReferenceCountingGC();

    r1.INSTANCE = r2;
    r2.INSTANCE = r1;

    r1=null;
    r2=null;
    System.gc();
}

}

#

[F u l l G C（S y s t e m）[T e n u r e d：0 K-＞2 1 0 K（1 0 2 4 0 K），0.0 1 4 9 1 4 2 s e c s]4603K-＞210K（19456K），[Perm：2999K-＞
2999K（21248K）]，0.0150007 secs][Times：user=0.01 sys=0.00，real=0.02 secs]
Heap
def new generation total 9216K,used 82K[0x00000000055e0000，0x0000000005fe0000，0x0000000005fe0000）
Eden space 8192K，1%used[0x00000000055e0000，0x00000000055f4850，0x0000000005de0000）
from space 1024K，0%used[0x0000000005de0000，0x0000000005de0000，0x0000000005ee0000）
to space 1024K，0%used[0x0000000005ee0000，0x0000000005ee0000，0x0000000005fe0000）
tenured generation total 10240K,used 210K[0x0000000005fe0000，0x00000000069e0000，0x00000000069e0000）
the space 10240K，2%used[0x0000000005fe0000，0x0000000006014a18，0x0000000006014c00，0x00000000069e0000）
compacting perm gen total 21248K,used 3016K[0x00000000069e0000，0x0000000007ea0000，0x000000000bde0000）
the space 21248K，14%used[0x00000000069e0000，0x0000000006cd2398，0x0000000006cd2400，0x0000000007ea0000）
No shared spaces configured.
}

这说明GC没有因为这两个对象相互引用而被回收.

接下来说一下可达性分析算法——通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径叫做引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连，那么该对象被判定为可回收的对象。那么什么对象可以称作为“GC Roots”呢？在java语言中，GC Roots包含以下几类：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（一般说的是Native方法）引用的对象。

可达性分析算法中，即使没有关联到GC Roots的对象，也不一定会被回收。如果对象没有关联到GC Roots，则它们会被标记并进行一次筛选，首先会判断该对象有没有必要执行finalize()方法。没有必要执行finalize()方法的条件是对象没有覆盖finalize()方法或者finalize()方法被虚拟机调用过。有必要执行finalize()方法的对象会被放进F-Queue队列中，并在稍后由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它（虚拟机会触发若finalize()方法但并不保证等待它运行结束）。若队列中的对象在finalize()中拯救了自己——只要和引用链上的任意一个对象建立了关联，比如把自己（this关键字）赋值给了某个类变量或者对象的成员变量，那么第二次标记时它将被移除“即将回收集合”。

介绍一下引用的概念。

在jdk1.2之前，引用的概念是指一个reference类型的数据中存储的数值是另一块内存的起始地址，那么就说这块内存代表着一个引用。但这个定义太过狭隘，对一些“食之无味，弃之可惜”的对象就显得无能为力。即有一部分对象在内存空间足够时希望能够保留、在内存空间不足时能够回收。因此，在jdk1.2之后，扩充了引用的概念，将引用分为了“强引用（strong reference）”、“软引用（soft reference）”、“弱引用（week reference）”和“虚引用（phantom reference）”四种。

强引用（strong reference）——指java代码中普遍存在的，类似于Object obj = new Object() 的对象，强引用的对象不会被垃圾回收器回收。
软引用（soft reference）——指的是一些有用但非必须的对象，当内存溢出时，jvm不会立即内存溢出，而是会对弱引用的对象再进行一次垃圾回收，如果回收后内存还是不足才会内存溢出。jdk1.2之后，提供SoftReference类来实现弱引用。
弱引用（week reference）——弱引用的对象只能活到下一次垃圾回收之前，当垃圾回收器回收时，不管内存是否足够，都会回收这部分对象。jdk1.2之后，提供WeekReference类来实现弱引用。
虚引用（phantom reference）——虚引用不会对对象生存周期有任何影响，也不能通过虚引实例化一个对象，虚引用存在的唯一作用是能在对象被回收时收到一条系统通知。jdk1.2之后，提供PhantomReference类来实现弱引用。

最后说一下回收方法区

方法区在HotSpot中也被称为永久代，因为java虚拟区并不要求垃圾回收器对方法区进行回收，而且方法区的垃圾回收“性价比”比较低。在堆中，尤其是新生代，垃圾回收的效率可以达到75%至90%。永久区的回收对象主要分两类：废弃的常量和无用的类。
回收废弃的常量——与回收java堆中对象比较相似，比如字符串“asd”已经进入了静态常量池，在系统中中没有被任何String类型对象叫做“asd”,则“asd”可以被清除出常量池；
无用的类——需要满足三个条件：1、该类的所有实例都被清除；2、加载该类的ClassLoad已被收回；3、该类所对应的java.lang.class对象没有在任何地方被引用，即不能通过反射访问该类的方法。
满足以上三个条件，虚拟机对无用的类也仅仅是“可以被收回”，不能像其他的对象被收回。能否被收回，虚拟机提供了-Xnoclassgc来判断，还可以使用-verbose：class以及-XX：+TraceClassLoading、-XX：
+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息，其中-verbose：class和-XX：+TraceClassLoading可以在Product版的虚拟机中使用，-XX：+TraceClassUnLoading参数需要FastDebug版的虚拟机支持。

在大量使用反射、动态代理、CGLib等ByteCode框架、动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能，以保证永久代不会溢出。