第3章 垃圾收集器与内存分配策略--《深入理解 Java 虚拟机》笔记

垃圾回收器（Garbage Collection，GC）。


三件事：
哪些内存需要回收？
什么时候回收？
如何回收？


程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域随线程而生，随线程而灭；
栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊的执行着出栈和入栈操作。

堆中几乎存放着Java世界中所有对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事情就是要确定这些对象有哪些还“存活”着，哪些已经“死去”。


1、引用计数算法
基本算法是这样的：给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用他时，计数器就加1；当引用失效时，计数器就减1；任何时刻计数器都为0的对象就是不可能再被使用的。


但是，Java并没有使用应用计数器，因为他很难解决对象之间的互相循环引用的问题。






2、根搜索算法
在主流的商用程序语言中（如Java和C#），都是用根搜索算法（GC Roots Tracing）判断对象是否存活。
基本思路：通过一系列的名为“GC Roots”的对象作为起点，从这个节点向下搜索，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。


在Java语言里，可作为GC Roots的对象包括下面几种：
虚拟机栈（栈帧中本地变量表）中的引用的对象。
方法区中的静态属性引用的对象。
方法区中的常量引用的对象。
本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）的引用对象。






3、再谈引用
JDK1.2之后的扩充：强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）四种。
强引用（Strong Reference）：
类似"Object obj = new Object();"这类引用，只要强引用还在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
软引用（Soft Reference）：
还有用，但并非必须的对象。在内存发出溢出之前，将会把这些对象放进回收范围之中进行第二次回收。
弱引用（Weak Reference）：
也是用来描述非必须对象。被弱引用关联的对象只能活到下一次垃圾回收之前。
虚引用（Phantom Reference）：
幽灵引用或者幻影引用。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一个对象实例。






4、生存还是死亡？
要真正宣布一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：
如果对象在进行根搜索后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那他将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。
（避免使用终结方法：http://blog.csdn.net/partner4java/article/details/7061188）


如果这个对象被判定有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会被放置在一个名为F-Queue的队列中，并在稍后由一条由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行。
这里所谓的执行是指虚拟机会触发这个方法，但不承诺会等待他运行结束。

Demo：
package cn.partner4java.gc;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 此代码演示了两点：<br/>
 * 1、对象可以在被GC时自我拯救。<br/>
 * 2、这种自救的机会只有一次，因为一个对象的finalize()方法最多只会被系统自动调用一次。
 * @author partner4java
 *
 */
public class FinalizeEscapeGC {
	public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;
	
	public void isAlive() {
		System.out.println("yes, i am still alice :)");
	}

	@Override
	protected void finalize() throws Throwable {
		super.finalize();
		System.out.println("finalize method executed!");
		FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
	}
	
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
		SAVE_HOOK  = new FinalizeEscapeGC();
		
		//对象第一次成功拯救自己
		SAVE_HOOK = null;
		System.gc();
		
		//因为Finalizer方法优先级很低，暂停,以等待他
		TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
		
		if(SAVE_HOOK != null){
			SAVE_HOOK.isAlive();
		}else {
			System.out.println("No,i am dead :(");
		}
		
		//下面的代码与上面的相同，但是这次拯救自己却失败了
		SAVE_HOOK = null;
		System.gc();
		
		//因为Finalizer方法优先级很低，暂停,以等待他
		TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(500);
		
		if(SAVE_HOOK != null){
			SAVE_HOOK.isAlive();
		}else {
			System.out.println("No,i am dead :(");
		}
	}
//	后台打印：
//	finalize method executed!
//	yes, i am still alice :)
//	No,i am dead :(	
}

类需要满足同事下面3个条件才能算是“无用的类”：
该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例。
加载该类的ClassLoader已经被回收。
该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。




5、回收方法区
方法区（或者HotSpot虚拟机中的永久代）
在方法区实现垃圾收集的性价比一般比较低。
回收两部分：废弃常量和无用的类。
但是效果往往很差。
判断无用常量条件（同时满足三个条件）：
该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。
加载该类的ClassLoader已经被回收。
该类对应的java.lang.Class没有在任何地方被 引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

标记--清除算法：
效率问题和空间问题（参数很多碎片）。




复制算法：
将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只是用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。
新生代中的对象98%是朝生夕死的，所以并不需要按照1:1的比例来换分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。
当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性拷贝到另外一个Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor的空间。
HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的80%+10%，只有10%的内存是会被“浪费”的。
如果另外一块Survivor空间没有足够的空间存放上一次新生代手机下来的存活对象，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。


标记--整理算法
分代收集算法

Serial收集器
ParNew收集器
Parallel Scavenge 收集器
Serial Old 收集器
Parallel Old收集器
CMS收集器
G1收集器

对象的内存分配，往大方向上讲，就是在堆上分配（但是也可能经过JIT编译后背拆散为标量类型并间接的在栈上分配），
对象主要分配在新生代的Eden区上，如果启动了本地线程分配缓冲，将按线程优先在TLAB上分配。




对象优先在Eden分配：
对象在新生代Eden区中分配，当Eden区没有足够的空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。
-XX:SurvivorRatio=8决定了新生代中Eden区和一个Survivor区的空间比例是8:1。


新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多数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，经常回伴随至少一次的Minor GC，Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。




大对象直接进入老年代：
所谓大对象，需要大量连续内存空间的Java对象。
-XX:PretenureSizeThreshold参数，设置直接进入大对象的分界值。这样的目的是避免在Eden区及两个Survivor区之间发生大量的内存拷贝。






长期存活的对象将进去老年代：
虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存。
虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。
如果对象在Eden中出生，经过一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并将对象年龄设为1.
对象在Survivor区中没熬过一次Minor GC，年龄就增加1，年龄增加到一定程度（默认为15岁）时，就会被晋升到老年代中。
-XX:MaxTenuringThreshold来设置。








动态对象年龄判定：
MaxTenuringThreshold并不是死命令。
如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。






空间分配担保：
在发生Minor GC时，虚拟机会检测之前每次晋升到老年代的平均大小是否大于老年代的剩余空间大小，如果大于，则改为进行一次Full GC。
如果小于，则查看HandlePromotionFailure设置是否允许担保失败；如果允许，那只会进行Minor GC；如果不允许，则也要改为进行一次Full GC。