JavaWeb——垃圾回收

目录

一、垃圾回收定义

二、垃圾回收处理内存区域

三、垃圾标记

1、引用计数

（1）、定义

（2）、缺陷

2、可达性分析

（1）、定义

（2）、缺点 

四、垃圾回收过程

1、标记清除

（1）、定义

（2）、缺点

2、复制算法

（1）、定义

（2）、缺点

3、标记整理

（1）、定义

（2）、缺点

4、分代算法

（1）、定义

（2）、回收策略

五、垃圾回收器

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一、垃圾回收定义

垃圾回收机制（GC）能够帮助程序员自动释放内存。Java等编程语言引入了GC来解决内存泄漏问题，通过JVM自动判断，能够有效的减少内存泄漏的出现概率。

二、垃圾回收处理内存区域

JVM中的内存有四个区域（堆区、栈区、元数据区、程序计数器），堆区是GC的主要目标，其余区域则不需要：

• 栈会随着线程一起销毁，方法调用完毕后，方法的局部变量会随着出栈操作自动销毁
• 元数据区存的是类对象，很少会卸载
• 程序计数器是一个单纯存地址的整数，不需要处理，会随着线程一起销毁

三、垃圾标记

Java对于垃圾对象的识别较为保守，需要最大程度的避免误杀，释放不及时不太重要。一个对象如果后续再也不用，就可以认为是垃圾。Java中使用一个对象只能通过引用，而想要知道一个对象是否有引用指向，可以使用引用计数和可达性分析这两种方法来表明。

1、引用计数

（1）、定义

引用计数是给对象安排一个额外空间用来保存一个整数，表示该对象有几个引用指向。当引用增加时，计数器增加；引用销毁时，计数器减少；计数器为0时，则可认为没有引用，该对象就是垃圾。

注：引用计数法实现简单，判定效率较高，Python、PHP等语言就采用引用计数法进行内存管理。但在主流的JVM中没有使用引用计数法来管理内存，最主要的原因就是引用计数法无法解决对象的循环引用问题。

（2）、缺陷

• 浪费内存空间
• 存在循环引用的情况，会导致引用计数的判定逻辑出错

当a和b销毁了，两个对象的引用计数各自减一。此时两个对象引用计数都是1，不能作为垃圾但是却不能使用，因此陷入了一个逻辑循环。

2、可达性分析

（1）、定义

可达性分析是把对象之间的引用关系理解成一个树型结构，从一些特殊的起点触发并进行遍历。能遍历访问到的对象就是可达，不可达的就是垃圾。

可达性分析进行上述遍历的起点：

• 栈上的局部变量（每个栈的每个局部变量都是起点）
• 常量池中引用的对象
• 方法区中静态成员引用的对象

总的来说可达性分析就是从所有的的起点出发，查看该对象里通过引用能访问哪些对象，把所有可以访问的对象都遍历一遍，同时把对象标记成可达，剩下的就是不可达的垃圾。

（2）、缺点 

虽然可达性分析克服了引用计数的缺点但也存在问题：

• 消耗更多时间：扫描过程中需要消耗时间，当某个对象成为垃圾时，不一定能第一时间发现
• 需要暂停工作(STW问题)：在进行可达性分析时需要让其他业务线程暂停工作，防止当前代码中的对象的引用关系发生变化

四、垃圾回收过程

1、标记清除

（1）、定义

标记清除算法是最基础的收集算法，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所需回收的对象，然后在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

（2）、缺点

• 效率问题：标记和清除这过程的效率不高
• 空间问题：标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，申请空间都是申请的整块连续的空间，此处的空闲空间是离散的独立空间，因此虽然总的空闲空间充足但是无法申请到足够空间

2、复制算法

（1）、定义

复制算法是为了解决标记清理的效率问题，它将内存划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这块内存需要进行垃圾回收时，会将此区域还存活着的对象复制到另一块上，然后再把已经使用过的内存区域一次清理掉。每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时不需要考虑内存碎片等复杂情况，只需要移动堆顶指针按顺序分配即可，算法实现简单运行高效。

（2）、缺点

复制算法虽然解决了内存碎片的问题但也有缺点：

• 内存利用率较低
• 如果当前的对象大部分都是要保留——垃圾很少，此时复制成本就较高

3、标记整理

（1）、定义

标记整理算法的标记过程与标记清除过程一致，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活对象都向一端移动。这类似于顺序表删除中间元素，有一个搬运的过程，将不是垃圾的对象往前搬运，并把垃圾区域统一释放。

（2）、缺点

虽然解决了内存碎片问题，但是搬运开销较大。

4、分代算法

（1）、定义

分代算法和上述的三种算法不同，其是通过区域划分来实现不同区域和不同的垃圾回收策略，从而实现更好的垃圾回收。当前JVM垃圾收集都采用的是分代收集算法，这个算法并没有新思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。

Java堆分为新生代和老年代：

• 新生代：一般创建的对象都会进入新生代。在新生代中每次垃圾回收都有大批对象死去，只有少量存活，因此采用复制算法
• 老年代：大对象和经历了 N 次（一般情况默认是 15 次）垃圾回收依然存活下来的对象会从新生代移动到老年代。而老年代中对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，因此必须采用标记清理或标记整理算法

（2）、回收策略

给对象设定年龄概念，用来描述这个对象存在多久。如果一个对象刚诞生就认为是0岁。每经过一次可达性分析，如果没被标记成垃圾该对象就增加一岁。通过年龄来区分这个对象的存活时间。如果一个对象存活时间很长，它将继续存在更长的时间。

• 新创建的对象放到伊甸区，当垃圾回收扫描到伊甸区后，绝大部分对象都会在第一轮GC中被清理，大多数对象都活不过一岁
• 如果伊甸区的对象熬过第一轮GC，就可以通过复制算法拷贝到生存区。生存区分成大小均等的两半，一次只使用其中的一半。垃圾回收扫描一半的生存区对象，发现垃圾就淘汰，不是垃圾的通过复制算法，复制到生存区的另一半
• 当这个对象在生存区熬过若干轮GC后，年龄增长到一定程度，就会通过复制算法拷贝到老年代
• 进入老年代的对象年龄都很大，再消亡的概率比前面新生代对象小不少，针对老年代的GC的扫描频次会降低很多。如果老年代中发现某个对象是垃圾，就使用标记整理的方式清除
• 特殊情况如果对象非常大，直接进入老年代（大对象直接使用复制算法）

五、垃圾回收器

• Serial收集器：新生代收集器,串行GC
• ParNew收集器：新生代收集器,并行GC
• Parallel Scavenge收集器：新生代收集器,并行GC
• Serial Old收集器：老年代收集器，串行GC
• Parallel Old收集器：老年代收集器，并行GC
• CMS收集器：老年代收集器，并发GC
• G1收集器：唯一一款全区域的垃圾回收器