《深入java虚拟机--JVM高级特性与最佳实践》学习笔记(三) GC原理与垃圾收集器

JAVA对堆进行垃圾回收，其回收算法在很多教科书中都误写为引用计数。在大多数情况下，这是一个好算法，也有一些比较著名的应用案例，比如COM，AS3，Python语言。引用计数的一个弊端是，无法解决对象相互循环引用的问题。比如两对象A、B，A中持有一个指向B的引用，B中持有一个指向A的引用。除此之外，没有任何指向这两个对象的其他引用，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是他们因为相互引用着对方，导致他们的引用计数都不为0，于是引用计数算法无法通知GC回收器回收它们。

JAVA真正的GC算法是可以解决上述问题的。简述如下

根搜索算法（GC Roots）：在内存中维护一个对象相互引用的图，对象作为结点，对象之间的引用作为结点之间的边。一次一次的扫描整个图，回收其中非联通的部分。

      可作为Roots（ 扫描的起点）的对象包括：

            1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用对象

            2. 方法去中的类静态属性引用的对象。

            3. 方法去中的常量引用的对象。

            4.本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）的引用的对象。

 

再谈引用:

    无论是引用计数算法还是跟搜索算法，判断对象是否存活都与“引用相关”。在JDK1.2之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong），软引用（Sodt Referrence）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom）。四种引用强度依次逐渐减弱。

         

         强引用：代码之中普遍存在的，类似 Object 哦= newObject（）;只要强引用还存在，垃圾回收器永远不会回收掉被引用的对象。

         软引用：在内存不足时，首先回收被软引用指向的对象。常用于实现内存敏感的高速缓存。

                        引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

         弱引用：GC就一定会回收它。

         虚引用："虚引用"顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。

         虚引用主要用来跟踪垃圾回收活动。在对象被垃圾回收时发出一个系统通知。

 

生存还是死亡：

         宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：1. 在发现对象非联通时，被第一次标记。2. 将其中有重写finalize（）方法且之前没有调用过的对象放入F-Queue队列中，并稍候由一条有虚拟机自动创立的、优先级低的Finalizer线程去执行。这里的“执行”是指会触发方法，但并不承诺会等待它运行结束。（这便是finalize方法不一定会执行完的原因）。

        finalize方法中，对象可以有一次拯救自己的机会：只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可。如果对象这时候还没有逃脱，那它就真的离死不远了。这种拯救只可能有一次，因为下一次再被GC时，finalize方法便不会执行。finalize不是一个可靠的方法，最好不要用。

 

方法区的回收：

        分两部分：废弃常量的回收（无引用指向的常量）和无用的类的卸载。判断一个类是无用的类的标准：1.该类所有实例已被回收。2. 加载该类的ClassLoader已被回收。3. 该类对应的Class对象没有在任何地方被引用。符合上述标准就“可以”被回收，但不一定被回收。

 

垃圾收集算法：

       1. 标记-清除（Mark-Sweep）：标记所有要回收的对象，然后清除他们。缺点：效率低，会产生内存碎片。

       2. 复制算法（Copying）：将内存按容量划分为大小相同的两块。每次只使用其中一块，这块内存完了，就将判断为存活的对象复制到另一块，清空当前块。实现简单，运行高效，代价为可用内存缩小为原来的一半。目前的商业虚拟机都采用这种算法来回收新生代。

       3. 标记整理算法（Mark-Compact）：与“标记-清除”一样，在其后加一步让所有存货的对象都想一段移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。存活率低时效果较好，可用于老年代。

       4. 分代收集算法（Generational Collection）：将对象存活周期的不同将内存分为几块，根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。当前商业虚拟机都采用此算法。

 

垃圾收集器：

       年轻代收集器：

             1. Serial ：单线程，复制算法。进行垃圾收集时，暂停其他所有的工作线程，直到收集结束。优点，简单高效；缺点，Stop the world。（搭配老年代：CMS，Serial Old）

             2. ParNew：实际上是Serial收集器的多线程版本。多CPU环境有优势。（搭配老年代：CMS，Serial Old）

             3. Parallel Scavenge：用复制算法，多线程，可精确控制吞吐量。

                       吞吐量 = 运行用户代码时间/(运行用户代码时间+ GC时间)

                       - XX:MaxGCPauseMillis 最大停顿时间  (降低停顿时间以牺牲吞吐量和新生代空间来换取)

                       -XX:GCTimeRatio 吞吐量

                       -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 自动根据系统运行情况,动态调整各参数以提供最合适的停顿时间和最大的吞吐量。自适应策略也是Parrallel Scavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别。

          

       老年代收集器：

            1. Serial Old： Serial的老年代版本。标记-整理

            2. Parallel Old：Parrallel Scavenge的老年代版本。 多线程，标记- 整理

            3. CMS： 一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。常用于网站或B/S系统。标记 - 清除（会产生碎片）

                     初始标记（stop others 单线程）- - 并发标记 - - 重新标记（stop others 多线程） -- 并发清除

           

       横跨两代的收集器：

           G1收集器：当前最新成果。1）. 标记 - 整理，不会产生碎片；2）精确控制停顿。（几乎达到RTSJ的特征）

                      将堆分成多个大小固定的独立区（Ragion），并且跟踪这些区域里面的垃圾堆积程度，在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，悠闲回收垃圾最多的区域。