JVM之垃圾收集策略

背景：看完《深入理解Java虚拟机》和相关博客，对JVM还是没有一个条理清晰的认识，遂提取了书中相关知识点和参考相关优秀博客并整理成JVM专题博文系列，帮助自己巩固并理清有关JVM的知识重点，也分享出来给有需要的童鞋，如有差错，欢迎拍砖！

在之前，我总结了JVM之内存结构中提到各种垃圾回收器，今天就来聊聊它们的回收策略

我们知道JAVA最大的优点就是可以实现自动内存管理，这极大的便利了JAVA程序员，降低了使用成本。但这也使得平时我们在使用JAVA编程时不太关注JVM到底是怎样进行内存回收的，只有在需要实际对JVM进行系统性能调优，这里的场景可能是在系统面临极致性能优化要求时，我们才发现需要对JAVA的整体内存结构以及内存回收机制要有一定的认识和了解才行。

JVM垃圾回收

GC (Garbage Collection)的基本原理：将内存中不再被使用的对象进行回收，GC中用于回收的方法称为收集器，由于GC需要消耗一些资源和时间，Java在对对象的生命周期特征进行分析后，按照新生代、旧生代的方式来对对象进行收集，以尽可能的缩短GC对应用造成的暂停

对新生代的对象的收集称为minor GC；
对旧生代的对象的收集称为Full GC；
程序中主动调用System.gc()强制执行的GC为Full GC。

不同的对象引用类型， GC会采用不同的方法进行回收，JVM对象的引用分为了四种类型：

强引用：默认情况下，对象采用的均为强引用（这个对象的实例没有其他对象引用，GC时才会被回收）
软引用：软引用是Java中提供的一种比较适合于缓存场景的应用（只有在内存不够用的情况下才会被GC）
弱引用：在GC时一定会被GC回收
虚引用：由于虚引用只是用来得知对象是否被GC

在图中，我们也大致对整个垃圾回收系统进行了标注，这里主要涉及回收策略、回收算法、垃圾回收器这几个部分。形象一点表述，就是JVM需要知道那些内存可以被回收，要有一套识别机制，在知道那些内存可以回收以后具体采用什么样的回收方式，这就需要设计一些回收算法，而具体的垃圾回收器就是根据不同内存区域的使用特点，采用相应地回收策略和算法的具体实现了。

我们也标注了不同垃圾回收器所适用的特定内存区域，对于JVM垃圾回收这块的优化，就是我们需要在了解这些垃圾回收算法、垃圾回收器特点后能够根据自己应用的场景选择合适的垃圾收集器，以及各区域垃圾收集器的搭配关系。

回收策略

我们知道，JVM进行内存回收的主要目的是为了回收不再使用的内存，因为在进行JAVA程序编写时，我们只有new的操作,而不需要收工释放不再使用的空间，如果这些空闲内存不能及时被回收，很快我们的JVM内存空间就会泄露（新申请内存空间的操作失败，导致程序报错），所以回收不再使用的内存的目的则是为了及时释放空间，腾笼换鸟，以防止内存泄漏。

那么问题来了，JAVA程序申请了那么多的内存空间，那些内存才能被认定是不再使用的内存呢？搞错了，如果把正在被程序使用的内存给释放了，程序逻辑就空指针异常了！

由于程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈都是线程独享，其占用的内存也是随线程生而生、随线程结束而回收。而Java堆和方法区则不同，线程共享，是GC的所关注的部分。
在堆中几乎存在着所有对象，GC之前需要考虑哪些对象还活着不能回收，哪些对象已经死去可以回收，所以回收对象所占用的内存是JAVA垃圾回收的主要目标。

有两种算法可以判定对象是否存活：

引用计数算法：给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方应用了对象，计数器加1；当引用失效，计数器减1；当计数器为0表示该对象已死、可回收。但是它很难解决两个对象之间相互循环引用的情况。

可达性分析算法：通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起点，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（即对象到GC Roots不可达），则证明此对象已死、可回收。Java中可以作为GC Roots的对象包括：虚拟机栈中引用的对象、本地方法栈中Native方法引用的对象、方法区静态属性引用的对象、方法区常量引用的对象。

那么如何判断对象是处于可回收状态的呢？在主流的JVM中是采用“可达性分析算法”来进行判断的。

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，并从这些节点开始往下进行搜索，搜索走过的路径我们称之为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，我们就称之为对象引用不可达，则证明这个对象是不可用的，就可以暂时判定这个对象为可回收对象。示意图如下：

可达性分析算法

在图中虽然Obj F与Obj J之间互相有关联但是它们到GC Roots是不可达的，所以将会被判定为可回收对象。既然如此，什么样的对象可以作为GC Roots对象呢？
在JAVA中可以被作为GC Roots的对象主要是：虚拟机栈-栈帧中的本地变量表所引用的对象、方法区（

这里还需要注意一个小的细节，就是被判定为对象不可达的对象也并非会被立刻回收，在学习JAVA语法是我们应该学习过finalize()方法，如果对象重写了finalize方法，并重新把this关键字赋值给了某个类变量或对象的成员变量的话，该对象就会被"救活"，具体过程可参考上图所示，只是这种方式并不鼓励大家使用，了解下就行。

在关于如何判定对象是否属于不再使用的内存时，还有个通常会被大家错误认为是JVM使用的方式-“引用计数法”，事实上引用计数法的实现比较简单，判定效率也比较高，在Python语言中就使用了这种算法进行内存管理，但是它有一个比较难解决的对象之间循环引用的问题，所以在JAVA虚拟机里并没有选用“引用计数法”来管理内存，需要大家注意下！

参考

面试必问之JVM原理
一张图看懂JVM之垃圾回收算法详解

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