JVM二.垃圾收集理论知识

博主最近复习深入理解JVM一书，整理归纳，以形成系统认识和方便日后复习。
本文主要介绍

1. 引用
2. JVM垃圾回收算法

Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人想出来。

一. 概述

垃圾回收意义

电脑的内存是有限的，如果一段程序申请了一块内存空间并执行完计算之后，会导致这块内存被占用，可用内存就变少。如果不释放内存、回收垃圾，电脑内存迟早耗尽。
C语言中有malloc、free等于内存分配以及内存释放的函数。而Java中使用垃圾收集机制来整理内存空间。

垃圾回收怎么做

垃圾收集（Garbage Collection，GC）需要完成的三件事情：

1. what
   哪些内存需要回收？
2. when
   什么时候回收？
3. how
   如何回收？

当要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时，当垃圾收集称为系统达到更高并发量的瓶颈时，我们就需要对这些”自动化”的技术实施必要的监控和调节。

发生GC的内存区域---where

1. 程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随线程而生，随线程而灭；每一个栈帧中分配多少内存基本上在类结构确定下来的时候就已知。因此这几个区域的内存分配和回收都具有确定性，不需过多考虑回收问题，方法结束或者线程结束时，内存自然就随之回收了。
2. Java堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，只有在程序处于运行期间才知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存！

二. 对象已死吗？---what

垃圾回收器在对堆进行回收前，首要确定的事情就是这些对象之间哪些还存活着，哪些已经死去？
分析方法：引用计数法、可达性分析法

引用计数算法(Reference Counting)

定义

给对象添加一个引用计数器

• 当一个地方引用它时，计数器值就+1
• 当引用失效时，计数器值就-1
• 任何时刻计数器为0的对象就是不可能被再使用的

优点

实现简单，判定效率高

缺点

由于其很难解决对象之间相互循环引用的问题，故主流Java虚拟机里面都没有选用Refrence Couting算法来管理内存

public class ReferenceCountingGC {
     public Object instance = null;
     private static final int _1MB = 1024 * 1024;
     // 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便在能在GC日志中看清楚是否有回收过
     private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];
     public static void testGC() {
         ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
         ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
         objA.instance = objB;
         objB.instance = objA;
         objA = null;
         objB = null;
         // 假设在这行发生GC，objA和objB是否能被回收？
         System.gc();
     }
}

实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是因为它们互相引用着对方，导致它们的引用计数值都不为0，引用计数算法无法通知GC收集器回收它们。

可达性分析算法（Reachability Analysis）

定义

判断对象存活的基本思路：

1. 通过一系列的称为GC Roots的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain）
2. 当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（即GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的

GC Roots判断对象存活

GC Roots对象

Java语言中，可作为GC Roots对象包括：

1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
2. 方法区中类静态属性引用的对象
3. 方法区中常量引用的对象
4. 本地方法栈中JNI（即一般的Native方法）引用的对象

引用的类型

无论是通过引用计算算法判断对象的引用数量，还是通过可达性分析算法判断对象的引用链是否可达，判定对象是否存活都与引用有关。
JDk1.2之后，Java对引用概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用4种，4种强度一次逐渐减弱。

1. 强引用（Strong Reference）

是指在程序代码之中普遍存在的

• 只要强引用存在，对象就不会发生GC

• 例子：

Object obj = new Object();

2. 软引用（Soft Reference）

是用来描述一些还有用但并非必须的对象。

• 对于软引用关联着的对象，在系统将要发生OOM异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收后还没有足够的内存，才会抛出OOM异常。
• 软引用主要用来实现类似缓存的功能，在内存足够的情况下直接通过软引用取值，无需从繁忙的真实来源获取数据，提升速度；当内存不足时，自动删除这部分缓存数据，从真正的来源获取这些数据。
• 例子：使用 SoftReference 类来实现软引用。

Object obj = new Object();
SoftReference