Java内存管理之垃圾回收

二、Java垃圾回收
1. JVM运行环境中垃圾对象的定义
     一个对象创建后被放置在JVM的堆内存中，当永远不再引用这个对象时，它将被JVM在堆内存中回收。或  当对象在JVM运行空间中无法通过根集合(root set)到达时，这个对象就被称为垃圾对象。
2. 堆内存
* 在JVM启动时被创建；堆内存中所存储的对象可以被JVM自动回收，不能通过其他外部手段回收
* 堆内存可分为两个区域：新对象区和老对象区
    -- 新对象区可分为三个小区：Eden区、From区、To区
    Eden区用来保存新创建的对象，当Eden区中的对象满了之后，JVM将会做可达性测试，检测有哪些对象由根集合出发是不可达的，不可达的对象就会被 JVM回收，并将所有的活动对象从Eden区拷到To区，此时一些对象将发生状态交换，有的对象就从To区被转移到From区。
3. JVM中对象的生命周期
 * 创建阶段(步骤)
    -- 为对象分配存储空间
    -- 开始构造对象
    -- 递归调用其超类的构造方法
    -- 进行对象实例初始化与变量初始化
    -- 执行构造方法体
 * 应用阶段
    -- 特征：系统至少维护着对象的一个强引用；所有对该对象引用强引用(除非显示声明为其它引用)
    -- 强引用
      指JVM内存管理器从根引用集合出发，遍寻堆中所有到达对象的路径。当到达某对象的任意路径都不含有引用对象时，对这个对象的引用就被称为强引用。
当内存不足时，JVM宁愿抛出OutOfMemeryError错误使程序停止，也不会靠收回具有强引用的对象来释放内存空间
    -- 软引用
      它能实现cache功能，防止最大限度的使用内存时引起的OutOfMemory异常，在内存不够用的时候jvm会自动回收Soft Reference。
软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，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。
      Java中提供软引用的包：java.lang.ref.SoftReference(后续详解)
     软引用
      实现cache功能,防止最大限度的使用内存时引起的OutOfMemory异常,在内存不够用的时候jvm会自动回收Soft Reference.软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，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。

 import java.lang.ref.SoftReference
 //实现cache功能,最大限度利用内存
 Test test = new Test();
 SoftReference sr = new SoftRefence(test);
 test = null;
 if(sr.get() != null){
      test = sr.get();
 }else{
      test = new Test();
      sr = new SoftReference(test);
      test = null;
 }

 <span style="font-size: small;">import java.lang.ref.SoftReference
 //实现cache功能,最大限度利用内存
 Test test = new Test();
 SoftReference sr = new SoftRefence(test);
 test = null;
 if(sr.get() != null){
      test = sr.get();
 }else{
      test = new Test();
      sr = new SoftReference(test);
      test = null;
 }</span>

 //创建一个强引用
 String str = new String("hello");
 //创建引用队列, <String>为范型标记，表明队列中存放String对象的引用
 ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<String>();
 //创建一个弱引用，它引用"hello"对象，并且与rq引用队列关联
 //<String>为范型标记，表明WeakReference会弱引用String对象
 SoftReference<String> wf = new SoftReference<String>(str, rq);
 str=null; //取消"hello"对象的强引用
 String str1=wf.get(); //假如"hello"对象没有被回收，str1引用"hello"对象
 //假如"hello"对象没有被回收，rq.poll()返回null
 Reference<? extends String> ref=rq.poll();

 <span style="font-size: small;">//创建一个强引用
 String str = new String("hello");
 //创建引用队列, <String>为范型标记，表明队列中存放String对象的引用
 ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<String>();
 //创建一个弱引用，它引用"hello"对象，并且与rq引用队列关联
 //<String>为范型标记，表明WeakReference会弱引用String对象
 SoftReference<String> wf = new SoftReference<String>(str, rq);
 str=null; //取消"hello"对象的强引用
 String str1=wf.get(); //假如"hello"对象没有被回收，str1引用"hello"对象
 //假如"hello"对象没有被回收，rq.poll()返回null
 Reference<? extends String> ref=rq.poll();
 </span>

    -- 弱引用
      只具有弱引用的对象有更短的生命周期，无论内存是否紧张，被垃圾回收器发现立即回收。弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用。
      可分为长弱引用和短弱引用，长弱引用在对象的Finalize方法被GC调用后依然追踪对象
      Java中提供弱引用的包：java.lang.ref.WeakReference
    -- 虚引用
      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对象被垃圾回收的活动。
      Phantom对象指一些执行完了finalize函数，并且为不可达对象，但是还没被GC回收的对象。这种对象可以辅助finalize进行一些后期的回收工作。
 * 不可视阶段
    -- 如果一个对象已使用完，并且在其可视区域不再使用，应该主动将其设置为null，即obj=null;这样可以帮助JVM及时地发现这个垃圾对象，并且可以及时地挥手该对象所占用的系统资源。

 package reference;
 /*
 WeakHashMap， 在这种Map中存放了键对象的弱引用，当一个键对象被垃圾回收，那么相应的值对象的引用会从Map中删除。WeakHashMap能够节约存储空间，可用 来缓存那些非必须存在的数据。
 */
 import java.util.*;
 import java.lang.ref.*;

 class Key {
  String id;
  public Key(String id) {
   this.id = id;
  }
  public String toString() {
   return id;
  }

  public int hashCode() {
   return id.hashCode();
  }

  public boolean equals(Object r) {
   return (r instanceof Key) && id.equals(((Key) r).id);
  }

  public void finalize() {
   System.out.println("Finalizing Key " + id);
  }
 }

 class Value {
  String id;

  public Value(String id) {
   this.id = id;
  }

  public String toString() {
   return id;
  }

  public void finalize() {
   System.out.println("Finalizing Value " + id);
  }
 }

 public class MapCache {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
   int size = 1000;
   // 或者从命令行获得size的大小
   if (args.length > 0)
    size = Integer.parseInt(args[0]);

   Key[] keys = new Key[size]; // 存放键对象的强引用
   WeakHashMap<Key, Value> whm = new WeakHashMap<Key, Value>();
   for (int i = 0; i < size; i++) {
    Key k = new Key(Integer.toString(i));
    Value v = new Value(Integer.toString(i));
    if (i % 3 == 0)
     keys[i] = k; // 使Key对象持有强引用
    whm.put(k, v); // 使Key对象持有弱引用
   }
   // 催促垃圾回收器工作
   System.gc();

   // 把CPU让给垃圾回收器线程
   Thread.sleep(8000);
  }
 }

 <span style="font-size: small;">package reference;
 /*
 WeakHashMap， 在这种Map中存放了键对象的弱引用，当一个键对象被垃圾回收，那么相应的值对象的引用会从Map中删除。WeakHashMap能够节约存储空间，可用 来缓存那些非必须存在的数据。
 */
 import java.util.*;
 import java.lang.ref.*;

 class Key {
  String id;
  public Key(String id) {
   this.id = id;
  }
  public String toString() {
   return id;
  }

  public int hashCode() {
   return id.hashCode();
  }

  public boolean equals(Object r) {
   return (r instanceof Key) && id.equals(((Key) r).id);
  }

  public void finalize() {
   System.out.println("Finalizing Key " + id);
  }
 }

 class Value {
  String id;

  public Value(String id) {
   this.id = id;
  }

  public String toString() {
   return id;
  }

  public void finalize() {
   System.out.println("Finalizing Value " + id);
  }
 }

 public class MapCache {
  public static void main(String[] args) throws Exception {
   int size = 1000;
   // 或者从命令行获得size的大小
   if (args.length > 0)
    size = Integer.parseInt(args[0]);

   Key[] keys = new Key[size]; // 存放键对象的强引用
   WeakHashMap<Key, Value> whm = new WeakHashMap<Key, Value>();
   for (int i = 0; i < size; i++) {
    Key k = new Key(Integer.toString(i));
    Value v = new Value(Integer.toString(i));
    if (i % 3 == 0)
     keys[i] = k; // 使Key对象持有强引用
    whm.put(k, v); // 使Key对象持有弱引用
   }
   // 催促垃圾回收器工作
   System.gc();

   // 把CPU让给垃圾回收器线程
   Thread.sleep(8000);
  }
 }

 </span>

 
4. Java中的析构方法finalize
    finalize()方法常称之为终止器
          protected void finalize(){
              // finalization code here
         }
    对象即将被销毁时，有时需要做一些善后工作。可以把这些操作写在finalize()方法里。
    Java终止器却是在对象被销毁时调用。一旦垃圾收集器准备好释放无用对象占用的存储空间，它首先调用那些对象的finalize()方法，然后才真正回收对象的内存。而被丢弃的对象何时被销毁，应用是无法获知的。大多数场合，被丢弃对象在应用终止后仍未销毁。到程序结束的时候，并非所有收尾模块都会得到调用。

5. 应用能干预垃圾回收吗？
    在应用代码里控制JVM的垃圾回收运作是不可能的事。
    对垃圾回收有两个途径。第一个就是将指向某对象的所有引用变量全部移走。这就相当于向JVM发了一个消息：这个对象不要了。第二个是调用库方法 System.gc()。第一个是一个告知，而调用System.gc()也仅仅是一个请求。JVM接受这个消息后，并不是立即做垃圾回收，而只是对几个垃圾回收算法做了加权，使垃圾回收操作容易发生，或提早发生，或回收较多而已。
    希望JVM及时回收垃圾，是一种需求。其实，还有相反的一种需要：在某段时间内最好不要回收垃圾。要求运行速度最快的实时系统，特别是嵌入式系统，往往希望如此。
    Java的垃圾回收机制是为所有Java应用进程服务的，而不是为某个特定的进程服务的。因此，任何一个进程都不能命令垃圾回收机制做什么、怎么做或做多少。

6. 垃圾回收算法
* 引用计数
    该算法在java虚拟机没被使用过，主要是循环引用问题，因为计数并不记录谁指向他，无法发现这些交互自引用对象。
    -- 怎么计数？
        当引用连接到对象时，对象计数加1
        当引用离开作用域或被置为null时减1
    -- 怎么回收？
        遍历对象列表，计数为0就释放
    -- 有什么问题？
        循环引用问题。
* 标记算法
    标记算法的思想是从堆栈和静态存储区的对象开始，遍历所有引用，标记活得对象。
    对于标记后有两种处理方式：
  (1) 停止-复制
    -- 所谓停止，就是停止在运行的程序，进行垃圾回收
    -- 所谓复制，就是将活得对象复制到另外一个堆上，以使内存更紧凑
    -- 优点在于，当大块内存释放时，有利于整个内存的重分配
    -- 有什么问题？
        一、停止，干扰程序的正常运行，二，复制，明显耗费大量时间，三，如果程序比较稳定，垃圾比较少，那么每次重新复制量是非常大的，非常不合算
    -- 什么时候启动停止-复制？
        内存数量较低时，具体多低我也不知道
  (2) 清除 也称标记-清除算法
    -- 也就是将标记为非活得对象释放，也必须暂停程序运行
    -- 优点就是在程序比较稳定，垃圾比较少的时候，速度比较快
    -- 有什么问题?
       很显然停止程序运行是一个问题，只清除也会造成很对内存碎片。
    -- 为什么这2个算法都要暂停程序运行？
       这是因为，如果不暂停，刚才的标记会被运行的程序弄乱