Java 虚拟机垃圾回收策略简要介绍

垃圾回收是什么？

Java 虚拟机垃圾回收是指对不使用的内存区域进行释放，防止分配空间时因内存不足而出现内存溢出异常。

哪些内存需要回收？

垃圾回收主要发生在 Java 堆和方法区中，Java 堆和方法区是 Java 虚拟机管理内存中的两个区域，其中 Java 堆主要是用来存放 Java 程序中的对象实例，方法区则用来存储已加载的类信息、常量、静态变量等数据。Java 虚拟机管理的内存中还有其他几个区域：程序计数器、Java 虚拟机栈、本地方法栈、运行时常量池、直接内存，这几个区域对内存的使用比较具有确定性，所以不需要考虑回收策略，然而 Java 堆和方法区则不一样，创建对象实例、加载类、定义常量等操作都是在程序运行期间进行的，这两个区域的内存使用是动态的，因此需要特定的垃圾回收策略进行管理内存。

如何回收？

一般是使用一种叫分代收集算法的综合策略进行回收，这种算法是把内存根据使用状态的不同划分为几块。其中 Java 堆大致分为两块：新生代和老年代，新生代存储新创建或变动频繁的对象的内存信息，老年代则存储存活时间较长、不经常变动的对象的内存信息。方法区内存则一般分为永久代，这里的内存变动频率更加低，每次垃圾回收只有少数的废弃常量和无用的类会被回收。下面主要说下针对新生代和老年代的内存回收策略。

最基础的策略是标记-清除算法，首先标记出所有需要回收的对象，之后统一释放对象占用的内存空间。由于回收的对象在内存中不一定是连续存储的，所以这种算法执行之后可能分产生大量不连续的内存碎片，这可能会导致因无法分配较大对象而再次触发垃圾回收动作。

为了提高效率，针对新生代的垃圾回收一般采用复制算法，将内存按容量比例分成8:1:1三块内存，其中8份为常用空间，剩下两份为俩两块保留空间。使用内存时使用常用空间和一块保留空间，剩下一块保留空间空闲不使用，回收时，将使用的内存中存活的对象一次性复制到空闲的保留空间里，然后清理使用的常用空间和保留空间。如果在回收时，空闲的保留空间不够用于存储存活的对象时，那么会使用其他内存区域如老年代进行分配担保。

老年代中的对象存活率较高，采用复制算法效率反而会比较低，所以针对这块的垃圾回收一般是直接使用标记-清除算法，或使用标记-整理算法，这种算法也是先标记对象，然后将存活的对象向内存的一端移动，最后直接释放边界外的内存区域即可。

怎么判断一个对象需要回收？

上面说到需要对要回收的对象进行先标记之后才能进行回收操作，那么怎么知道那些对象需要回收呢？
判断对象是否可以继续使用主要与对象的引用有关，下表描述了一个对象的几种引用状态。

引用类型	失效时机	作用	实现
强引用	一直有效	防止一个对象被回收	直接引用，如 Object o = new Object()
软引用	内存溢出之前失效	防止一个对象导致的内存溢出	使用SoftReference类
弱引用	垃圾收集器工作时失效	防止一个对象导致的内存泄漏	使用WeakReference类
虚引用	一直无效	可以收到一个对象被回收时的通知	使用PhantomReference类

判断对象可用状态一般的策略是使用引用计数算法，就是每个对象有一个引用计数器，没当有一个有效的引用时，计数器就加1 ，当引用失效时，计数器就减1，计数器为0的对象就是不能再被使用的，需要被回收。但这种策略会出现对象相互循环引用而无法回收的问题，举例如下：

//a1、a2的引用计数分别为1
A a1 = new A();
A a2 = new A();
//a2被a1的member成员引用，所以a2的引用计数为2
a1.member = a2;
//a1同a2，引用计数为2
a2.member = a1;


//a1、a2对象的引用计数减1，都为1
a1 = null;
a2 = null;

如果这时候采用引用计数法进行垃圾回收操作，那么由于a1和a2对象引用计数不为0，将不会被回收。但其实 Java 虚拟机还是可以回收它们的，这是因为 Java 虚拟机使用了另外一种策略判断对象是否可被回收，叫可达性分析算法。

可达性分析算法是先把一些对象看作是 GC Roots 对象，对象间的引用关系可以看成 GC Roots 作为根节点而每个引用作为子节点的树状结构，如果一个对象在这颗树之外，就是从 GC Roots 向下搜索找不到这个对象，那么可以说 GC Roots 到这个对象不可达，这个对象就是可以被回收的。

总结

本文对 Java 虚拟机中的垃圾回收进行了简单的介绍，在 Java 堆中，它需要先根据对象的引用分析可达性，以标记出要回收的对象，然后使用分代收集算法进行回收，而在方法区中，则是直接回收废弃的常量和类信息，最终达到释放内存空间的目的。