JVM性能优化系列-(2) 垃圾收集器与内存分配策略

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JVM性能优化:

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• JVM性能优化系列-(2) 垃圾收集器与内存分配策略

2. 垃圾收集器与内存分配策略

垃圾收集（Garbage Collection, GC）是JVM实现里非常重要的一环，JVM成熟的内存动态分配与回收技术使Java（当然还有其他运行在JVM上的语言，如Scala等）程序员在提升开发效率上获得了惊人的便利。理解GC，对于理解JVM和Java语言有着非常重要的作用。并且当我们需要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时，当垃圾收集称为系统达到更高并发量的瓶颈时，只有深入理解GC和内存分配，才能对这些“自动化”的技术实施必要的监控和调节。

GC主要需要解决以下三个问题：

• 哪些内存需要回收？
• 什么时候回收？
• 如何回收？

下面将对这些问题进行一一介绍。

2.1 如何判断对象存活

在堆里存放着Java世界中几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，首要的就是确定这些对象中哪些还“存活”着，哪些已经“死去”（即不可能再被任何途径使用的对象）。

引用计数算法

引用计数器判断对象是否存活的过程是这样的：给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加1；当引用失效时，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。

引用计数算法的实现简单，判定效率也很高，大部分情况下是一个不错的算法。它没有被JVM采用的原因是它很难解决对象之间循环引用的问题。

可达性分析算法

在主流商用程序语言的实现中，都是通过可达性分析（tracing GC）来判定对象是否存活的。

算法的基本思路是：通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点向下搜索，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GC Roots 到这个对象不可达）时，则证明此对象时不可用的。用下图来加以说明：

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。

2.2 各种引用

强引用

一般的Object obj = new Object() ，就属于强引用。被强引用关联的对象不会被回收。

软引用

一些有用但是并非必需，用软引用关联的对象，系统将要发生OOM之前，这些对象就会被回收。

下面的例子中，当程序发生OOM之前，尝试去回收软引用所关联的对象，导致后面获取到的值为null。

public class TestSoftRef {
    
    public static class User{
        public int id = 0;
        public String name = "";
        public User(int id, String name) {
            super();
            this.id = id;
            this.name = name;
        }
        @Override
        public String toString() {
            return "User [id=" + id + ", name=" + name + "]";
        }
        
    }
    
    public static void main(String[] args) {

        User u = new User(1,"Vincent");
        SoftReference userSoft = new SoftReference<>(u);
        u = null;//保证new User(1,"Vincent")这个实例只有userSoft在软引用
        
        System.out.println(userSoft.get());
        System.gc();//展示gc的时候，SoftReference不一定会被回收
        System.out.println("AfterGc");
        System.out.println(userSoft.get());//new User(1,"Vincent")没有被回收
        List list = new LinkedList<>();
        
        try {
            for(int i=0;i<100;i++) {
                //User(1,"Vincent")实例一直存在
                System.out.println("********************"+userSoft.get());
                list.add(new byte[1024*1024*1]);
            }
        } catch (Throwable e) {
            //抛出了OOM异常后打印的，User(1,"Vincent")这个实例被回收了
            System.out.println("Throwable********************"+userSoft.get());
        }
        
    }
}

程序输出结果：

弱引用 WeakReference

一些有用（程度比软引用更低）但是并非必需，用弱引用关联的对象，只能生存到下一次垃圾回收之前，GC发生时，不管内存够不够，都会被回收。

下面的例子中，发生gc后，弱引用所关联的对象被回收。

public class TestWeakRef {
    public static class User{
        public int id = 0;
        public String name = "";
        public User(int id, String name) {
            super();
            this.id = id;
            this.name = name;
        }
        @Override
        public String toString() {
            return "User [id=" + id + ", name=" + name + "]";
        }
        
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        User u = new User(1,"Vincent");
        WeakReference userWeak = new WeakReference<>(u);
        u = null;
        System.out.println(userWeak.get());
        System.gc();
        System.out.println("AfterGc");
        System.out.println(userWeak.get());
        
    }
}

输出结果如下：

虚引用

又称为幽灵引用或者幻影引用。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用取得一个对象。

为一个对象设置虚引用关联的唯一目的，就是能在这个对象被回收时收到一个系统通知。

Object obj = new Object();
PhantomReference