JVM中的垃圾回收机制

一、什么是垃圾回收

java相较于c、c++语言的优势之一是自带垃圾回收器，垃圾回收是指不定时去堆内存中清理不可达对象。不可达的对象并不会马上就会直接回收， 垃圾收集器在一个Java程序中的执行是自动的，不能强制执行，程序员唯一能做的就是通过调用System.gc 方法来建议执行垃圾收集器，但其是否可以执行，什么时候执行却都是不可知的。这也是垃圾收集器的最主要的缺点。当然相对于它给程序员带来的巨大方便性而言，这个缺点是瑕不掩瑜的。

二、为什么需要垃圾回收

如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗空，因为我们在不断的分配内存空间而不进行回收。除非内存无限大，我们可以任性的分配而不回收，但是事实并非如此。所以，垃圾回收是必须的。

三、java中的四种引用类型

强引用

Object obj = new Object(); //只要obj还指向Object对象，Object对象就不会被回收
obj = null;  //手动置null，可以通过System.gc方法进行回收处理

我们一般声明对象时虚拟机生成的引用，强引用环境下，垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用，如果被强引用，就说明他不是垃圾，则不会被垃圾回收。

软引用
软引用一般被做为缓存来使用。与强引用的区别是，软引用在垃圾回收时，虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。如果剩余内存比较紧张，则虚拟机会回收软引用所引用的空间；如果剩余内存相对富裕，则不会进行回收。换句话说，虚拟机在发生OutOfMemory时，肯定是没有软引用存在的。

弱引用
弱引用也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，**被弱引用关联的对象只能生存到下一次GC发生之前，当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉该类对象。**弱引用对象在回收时会被放入引用队列（ReferenceQueue）。

虚引用
虚引用被称为幽灵引用或幻象引用，它是最弱的一种引用关系。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，也无法通过虚引用来取得对象实例。任何时候都可能被回收，一般用来跟踪对象被垃圾收集器回收的活动，起哨兵作用。必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。

这些概念可能有点抽象，不过这四种引用具有不同的垃圾回收时机应该是很清楚的。我们会发现，引用的强度从强、软、弱、虚依次递减，越往后的引用所引用的对象越容易被垃圾回收。

四、垃圾识别机制

1.引用计数算法

引用计数算法是判断对象是否存活的算法之一：它给每一个对象加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能被使用的，即将被垃圾回收器回收。

缺点：
1.他需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。
2.无法解决对象减互相循环引用的问题。即当两个对象循环引用时，引用计数器都为1，当对象周期结束后应该被回收却无法回收，造成内存泄漏。

public class GcTest {
    public static void main(String[] args) {       
      MyObject myObject_1 = new MyObject();       
      MyObject myObject_2 = new MyObject();                
      myObject_1.instance = myObject_2;        
      myObject_2.instance = myObject_1;
      myObject_1 = null;        
      myObject_2 = null;  
      System.gc();    
      }  
      // 对象循环引用，用引用计数算法时，无法回收这两个对象            

2.可达性分析算法

目前主流使用的都是可达性分析算法来判断对象是否存活。算法基本思路：以“GC Roots”作为对象的起点,从此节点开始向下搜索，搜索所走过的路径成为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。

哪些对象可作为GC Roots？
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（Native方法）引用的对象；
活跃线程的引用对象。

五、finalize()赋予对象重生

finalize()是Object的protected方法，子类可以覆盖该方法以实现资源清理工作，GC在回收对象之前调用该方法。

在可达性分析算法中被标记为不可达的对象，也不一定是一定会被回收，它还有第二次重生的机会。每一个对象在被回收之前要进行两次标记，一次是没有关联引用链会被标记一次，第二次是判断该对象是否覆盖finalize()方法，如果没有覆盖则真正的被定了“死刑”。

代码实现

public class FinalizeTest {
    public static FinalizeTest ft;
    /**
     * 用于判断对象是死亡还是存活
     */
    public static void judge(){
        if(ft == null){
            System.out.println("i am dead");
        }else{
            System.out.println("i am alive");
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ft = new FinalizeTest();
 
        // 将引用指向null,那么对象就没有任何关联了
        ft = null;
        // 触发一次gc
        System.gc();
        // 因为Finalizer线程的优先级低，因此sleep 1秒后再看结果
        Thread.sleep(1000);
        //因为FinalizeTest对象覆盖了finalize方法，并在该方法中重新建立与引用的关联，所以对象会复活
        judge();
        //下面的代码和上面的一模一样，但是对象不会再复活了，因为finalize方法最多执行一次
        ft = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(1000);
        judge();
    }
 
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("执行finalize方法");
        // 对象复活的关键：重新建立与引用的关联
        ft = this;
    }
}

流程图(finalize()存在时)

六、四种垃圾回收算法

确认完垃圾之后肯定要想办法回收垃圾。回收垃圾主要有下面四种方法：标记清除算法、标记整理算法、复制算法、分代收集算法。

标记清除算法

算法思路：算法分为“标记”和“清理”两个步骤，首先标记处所有需要回收的对象，在标记完成后再统一回收所有被标记的对象。

缺陷：
1.标记和清理的两个过程效率都不高；
2.容易产生内存碎片，碎片空间太多可能导致无法存放大对象。

适用于存活对象占多数的情况。

标记整理算法

算法思路：标记过程和标记-清理算法一样，而后面的不一样，它是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

复制算法

算法思路：将可用内存划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块内存用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

缺陷：
可用内存缩小为了原来的一半
算法执行效率高，适用于存活对象占少数的情况。

分代收集算法

当前大多数垃圾收集都采用的分代收集算法，这种算法并没有什么新的思路，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，每一块使用不同的上述算法去收集。在jdk8以前分为三代：年轻代、老年代、永久代。在jdk8以后取消了永久代的说法，而是元空间取而代之。

在新生代，每次垃圾收集器都发现有大批对象死去，只有少量存活，采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
老年代
而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须“标记－清除-压缩”算法进行回收。

Minor GC和Full GC区别

新生代 GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为 Java 对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以 Minor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快。
老年代 GC（Major GC / Full GC）：指发生在老年代的 GC，出现了 Major GC，经常会伴随至少一次的 Minor GC（但非绝对的，在 ParallelScavenge 收集器的收集策略里就有直接进行 Major GC 的策略选择过程） 。MajorGC 的速度一般会比 Minor GC 慢 10倍以上。

年轻代分为伊甸园区和幸存区，幸存区分为from和to区。每次执行GC操作，会将伊甸园区和from区存活的对象放到to区（如果to区不够，则直接进入老年代），然后将from区和to区的职责交换（from区变为to区，to区变为from区，谁空谁是to区）。

新生代中的对象98%都是朝生夕死的，因此把新生代分为较大的一块Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中的一块Survivor（此处Survivor区也叫From区，另一块空的未使用的空间叫To区，From和To区是会交换的，保证空的总是To区）。

当Eden区没有足够的空间分配时，会进行一次Minor GC，Eden区大部分对象都被回收，而Eden区和From区存活的对象会放入到To区，然后From和To区进行交换。（如果To区空间不够，直接进入老年代）

以下几种情况会进入老年代。

1、 大对象
大对象就是指需要大量连续内存空间的对象，最典型的就是那种很长的字符串和数组。大对象会直接进入到老年代，这样做的目的主要是为了避免新生代发生大量的内存复制（大对象的复制成本较高）。

2、长期存活的对象
虚拟机给每个对象都定义了一个对象年龄计数器。每当进行一次Minor GC，年龄就增加1岁，当年龄超过一定值时（默认是15，可以通过参数配置），就进入到老年代。

动态对象年龄判断
虚拟机并不要求对象年龄一定要到达15岁才进入到老年代。如果Survivor空间中有某年龄相同的所有对象大小总和大于Survivor空间的一半，则年龄大于等于该年龄的对象就会直接进入老年代。