深入理解 Java 虚拟机读书笔记2

垃圾回收

通常垃圾回收是针对 Java 堆和方法区所做的操作，其他部分由于线程私有并且本身所占空间不大不用太关心，垃圾回收器要做的三件事：

• 哪些内存需要回收
  在 Java 堆中，肯定是对那些不再被引用的对象实例进行回收，而如何判断对象不再被任何地方引用是个关键。通常有两种方式：

  1. 引用计数法
     实现简单，高效，但存在着相互循环引用的问题。
  2. 可达性分析
     会有一个起始点，从该点出发进行搜索，能走到的对象就是可达的，也就是有效的引用，否则就是无效可回收的。
     在 Java 中能作为起始点的有：Java 虚拟机栈的本地变量表中的引用对象，方法区中类静态属性引用对象，方法区中常量引用对象，本地方法栈中 JNI 引用对象。

  在方法区中，主要回收废弃常量和无用的类。废弃常量的确定和确定 Java 堆中不再引用的对象实例类似。对于无用的类，则要满足 3 个条件才会被回收：

  1. 该类所有实例都已被回收
  2. 加载该类的 ClassLoader 已被回收
  3. 该类对应的 java.lang.Class 对象没有被任何地方引用，无法通过反射访问该类的任何方法。

  虽说只要没有引用就会被回收，那怎么做到完全没有引用呢？Java 通过划分引用类型，控制着对象引用的不同。

  • 强引用（Strong Reference）
    默认的引用方式，通常用的也最多，回收器永远不会回收这类引用。
  • 软引用（Soft Reference）
    介于强引用和弱引用之间，在内存不足时会优先考虑。这种方式我觉得适用于 MVP 中的 V 层。
  • 弱引用（Weak Reference）
    引用对象只能生存到下次垃圾回收之前，不论内存是否足够，只要触发了垃圾回收，他们就会被回收掉。
  • 虚引用（Phantom Reference）
    用处不大。

• 什么时候回收
  对象真正可回收需要经过两次标记。第一次是引用计数或可达性分析，第二次是对象如果有必要执行 finalize() 方法会进行第二次标记。如果在执行 finalize() 时没有救活自己，就准备被回收了。

• 怎么回收
  几种基本的回收算法

  • 标记-清除算法
    算法分为两个步骤，标记和清除，标记的过程就如上面所说，标记完之后，就会对标记区进行内存回收，这样内存空间就出来了。
  • 复制算法
    该算法是针对「标记-清除算法」效率低的问题进行的优化，将内存空间对半，每次仅用一半，当用完一半时，就将活着的对象复制到另一半去，然后回收这一半。
    不过这是算法理论，实际上 IBM 将内存划分为 Eden 和 Survivor（该区域有两块），每次用 Eden 和其中一块 Survivor，另一块用来在回收时保存活着的对象。而HotSpot 虚拟机明确了 Eden 和 Survivor 的比例，8 : 1，即新生代的有效可用空间为 90 %，剩下 10 % 的空间用来保存对象。
    但是 10 % 真的一定够吗？不够了怎么办，系统的设计是让老年代来做担保（类似于透支）
  • 标记-整理算法
    该算法又考虑到「复制算法」在存活率较高的情况下，效率较低，而且很有可能出现担保现象的问题，对此进行了优化。这种算法更适合老年代（不然老年代找谁担保）。
    这个算法分三个步骤，标记，整理，回收。标记过程和前面类似，标记完之后，会对存活的对象进行位置整理，使他们整齐排在一起，然后回收其他部分。

  Java 堆根据对象存活周期的不同，划分为了新生代和老年代，不同代采用不同回收算法是比较合适的。通常新生代用「复制算法」，老年代用「标记-整理算法」或「标记-清除算法」

  HotSpot 的算法实现

  具体的算法实现肯定很复杂，这里仅引入几个概念。

  在做可达性分析时会存在耗时和线程停顿执行的问题。为了解决这两个问题，引入了 OopMap 的数据结构，在类加载完时就存储好对象引用链相关的位置引用，这就大大提高了效率。

  但 OopMap 不会都记下来，只有在「安全点」的时候才会存，「安全点」在我的理解是指线程执行指令到了某个逻辑划分的小任务完结点，此时存储一些数据是比较合适，并且这个时候做 GC 操作也是合适的。

  那如何让线程走到「安全点」是个问题。系统采用「抢断式中断」和「主动式中断」对线程进行控制，现在主要以「主动式中断」为主，即在将要 GC 时，设置一个标记，各线程会主动查询这个标记，如存在这个标记，就把自己挂起。

  「安全点」对醒着的线程是可靠的，但对于那些睡着的或者阻塞的线程，他们没办法知道那个标记点，于是设立一个「安全区域」扩大安全范围，线程进入「安全区域」时标记一下，当要出去时先看下外面安不安全，安全的话才能出去，否则就要等待可以出去的信号。