【GC垃圾回收算法】让内存垃圾无处藏身

概述

垃圾回收就是帮我们把不用的内存垃圾自动释放掉

什么是垃圾呢？就是指不再使用的垃圾

如果不进行垃圾回收就会导致一个严重的问题，内存泄漏

内存泄漏： GC无法及时识别可以回收的内存进行释放，也就是内存占着不用也释放不了，导致内存的浪费，以至于后续的内存申请都会操作失败

如果内存泄漏的越多就会导致内存溢出

内存溢出： 程序申请内存时，没有足够的内存供申请者使用，导致数据无法正常存储到内存中

内存泄漏是一个很严重的问题，所以大佬们就想了一些办法来解决这个问题，而GC就是其中最主流的一种方式

• GC的好处：让程序猿写代码简单点，不容易出错
• GC的坏处：需要消耗额外的系统资源，也有额外的性能开销

GC还有一个比较关键的问题STW（Stop The World）问题

有时候垃圾很多，触发一次GC，开销会非常大，把系统资源吃掉很多，另一方面，GC回收垃圾的时候会涉及一些锁的操作，导致业务代码无法正常执行

JVM中存在许多内存区域，像堆，栈，元数据区等，GC主要针对堆进行释放的，GC是以“对象”为基本单位进行回收的，回收的是整个对象都不再使用的这种情况，而不会回收半个对象（一部分使用，一部分不再使用）

GC的工作过程分为两个步骤：

1. 找/判定垃圾：找到内存中不再使用的对象，判定其为垃圾
2. 释放垃圾：找到不再使用的对象后，释放对象

垃圾对象的判定

判定对象是垃圾的关键点在于是否有引用指向它

引用计数

注意： 引用计数不是Java中采用的方法，而是Python，PHP采用的方法

引用计数就是给每个对象分配了一个计数器，如果每次创建一个引用指向该对象，则计数器+1，如果每次销毁一个引用，该计数器-1，如果计数器为0，则判定为垃圾

缺点：

1. 内存空间利用率低，因为每个对象都要分配空间给计数器使用
2. 存在循环引用问题

public class Test  {
    Test t = null;

    public static void main(String[] args) {
        Test t1 = new Test(); //对象1引用计数为1
        Test t2 = new Test(); //对象2引用计数为1
        t1.t = t2; //对戏2引用计数为2
        t2.t = t1; //对象1引用计数为2
    }
}

说明： 如果将t1和t2销毁，那么对象1和对象2的引用计数都为1，但是此时引用计数不为0，不能判定为垃圾，但实际上这两个对象已经不能被访问到了

所以Java没有采用引用计数这种方法，Python，PHP使用引用计数需搭配其它的机制来避免这种循环引用的问题

可达性分析

Java中的对象都是通过引用来指向并访问的，并且一个引用指向的对象，该对象的成员通常又指向别的对象

可达性分析就是把所有这些对象被组织的结构视为是树，从树的根节点（GCRoots）出发遍历树，所有能被访问到的对象就标记为“可达”，不能访问到的对象就是不可达
JVM有一个所有对象的名单，通过上述遍历，把能访问到的标记为可达，剩下未标记的就是不可达的就会判定为垃圾

遍历的起点称为GCRoots，通常可作为GCroots有以下几类：

• 栈上的局部变量
• 常量池中的对象
• 静态成员变量

回收垃圾

标记清除

该种方法简单粗暴，直接清除垃圾

缺点： 存在内存碎片问题，因为释放的空闲空间不是连续的，但是申请内存时要求是连续空间，需要申请大一点的内存时，总的内存是够的，但都是零散的，零散的内存不够，此时就会申请失败

复制算法

1. 该方法是将内存分成两半，每次只用一半
   

2. 把不是垃圾的对象复制到另一半，然后把整个空间删掉
   

3. 每次触发复制算法都是把内存中的数据往另外一侧复制

此方法解决了内存碎片问题
缺点： 空间利用率低，如果垃圾少，有效的对象多，复制成本就很大

标记整理

此方法类似顺序表删除中间元素，会有元素搬运的操作

让存活的对象往一端移动，直接清除存活对象边界之外的内存

保证了空间利用率，也解决了内存碎片问题
缺点： 效率低，元素搬运的空间比较大那开销也大

标记整理只解决了复制算法中空间利用率低的问题，没有解决复制成本大的问题

分代回收

上述的回收策略都不完美，所以基于上述策略搞了一个复合策略分代回收

那分代是咋分的呢？

• 基于经验规律，如果一个对象存活时间长，那么还会长时间的存活下去
• Java对象的生命周期要么特别短，要么特别长
• 根据生命周期的长短，分别使用不同的算法

给对象引入一个年龄，单位为经历GC的次数，如果经历GC的次数越长，说明该对象存活的时间越长

JVM将堆划分为一系列区域

• 刚new出来的对象放在伊甸区（伊甸区大，幸存区小）
• 熬过一轮GC，对象就要被放到幸存区（基于复制算法）了（Java中的大部分对象生命周期都很多，熬不过第一轮GC）
• 在幸存区的对象，如果不是垃圾就会被拷贝到另一个幸存区（幸存区只会使用一个），然后直接清除现在的幸存区空间，后序的几轮GC都在这两个幸存区之间来回拷贝（复制算法）
• 如果对象在幸存区来回拷贝许多次了，那么该对象就会进入老年代
• 针对老年到，也要进行GC，只是GC的频率降低了，如果老年代的对象是垃圾了，使用标记整理的方式释放