垃圾收集器与内存分配策略——对象的生命、垃圾收集算法

为什么要了解垃圾回收？——当需要排查各种内存溢出、内存泄露问题时，当垃圾收集成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

    如何判断对象已死？

          ①引用计数法：给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1,；当引用失效时，计数器值就减1；任时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。 但是虚拟机并不是这样操作的

          ②可达性分析算法（Reachability Analysis）:通过一系列称为“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应用链，当一个对象到GC Roots 没有任何引用链项链，则证明此对象时不可用的

                可作为GC Root的对象有：

                         ①虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象

                         ②方法区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(一般说的Native方法)引用的对象

          

2.再谈引用

      ①强引用：

          如：Object obj = new Object（）

      ②软引用

          在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收；如果这个回收还没有足够内存，才会抛出内存溢出异常。SoftReference 类实现软引用

      ③弱引用

          被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否自购，都会收掉被弱引用关联的对象，WeakReference类来实现弱引用

      ④虚引用

          为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象呗收集器回收时收到一个系统通知。PhantomReference类来实现虚引用

3.生存还是死亡

     当在可达性分析算法中不可达的对象，会暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：当可达性分析后发现没有与GC Roots 相连接的引用链，则会 被第一次标记并进行第一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行 finalize（）方法（此方法是对象死亡逃脱死亡命运的最后一个机会——在方法中重新与引用链上的任何一个对象建立关联，如把this赋值给某个类变量或者成员变量，但是这种机会只有一次， 因为一个对象的finalize（）方法最多只会被系统自动调用一次。由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程执行，当调用System.gc（）方法时会触发此方法的调用）。

     没有必要执行finalize（）方法的情况：①对象没有覆盖此方法  ②此对象得此方法已经被虚拟机调用过

      注意：finalize（）方法能做的所有工作，使用try - finally 可以做的更好、更及时！所以可以忘掉这个方法的存在

4.回收方法区

     方法区（永久代）

     永久代的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类

     废弃常量：没有对象引用了这个对象

     无用的类：

          ①该类的所有实例都已经被回收

          ②加载该类的ClassLoader已经被回收

          ③该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法通过反射访问该类的方法

          虚拟机则 可以对满足上述3个条件的无用类进行回收

垃圾收集算法

1.标记-清除算法——最基础的收集算法

     首先标记出所有需要收集的对象，在标记完成后同一回收所有被标记的对象

     不足：效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高

               空间问题：标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间岁【Ian太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找打足够的连续内存而不得不提前出发另一次垃圾收集动作

2.复制算法：为了解决效率问题

     将可用内存按容量分为大小相等的两块，每次只适用其中的一块，当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可

     不足：如果不想浪费百分之50的空间，就需要额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都百分之百存活的极端情况

3.标记-整理算法

     让所有存活的对象都向一段移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

4 .分代收集算法

      根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般把java堆分为新生代和老年代。在新生代中：大量对象死去，只有少量存活，就选用复制算法；在老年代中，对象存活率高，则采用标记-整理算法     

HotSpot的算法实现

1.枚举根节点

     可达性分析必须在一个能确保一致性（冻结在某个时间点上，也就是在分析过程中对象引用关系不能还在不断的变化）的快照中进行，这是导致GC进行时 必须停顿所有java执行线程的一个重要原因

     在HotSpot 的实现中，是使用一组称为OopMap的数据结构来达到 不需要一个不漏的检查完所有执行上下文和全局应用的位置的 目的，在类加载完成的时候，HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，在JIT编译的过程中，也会在特定的位置记录下栈和寄存器中哪些位置是引用，这样，GC在扫描时就可以直接得知这些信息了。

     Oop(Ordinary Object Pointer)普通对象指针

2.安全点

     HotSpot没有为每条指令都生成OopMap， 只是在特定的位置记录了这些信息，这些位置称为安全点。即程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC,只有在到达安全点时才能暂停

     SafePoint的选定既不能太少以至于让GC等待时间太长，也不能过于频繁以至于过分增大运行时的负荷

      如何在GC发生时让所有线程（不包括执行JNI调用的线程）都跑到最近的安全点上再停顿下来？

          ①抢先式中断：在GC发生时，首先把所有线程全部中断，如果发现有线程中断的地方不在安全点上，就恢复线程，让它跑到安全点上

          ②主动式中断:不直接对线程操作，仅仅简单的设置一个标志，各个线程执行时主动去轮询这个标志，发现中断标志位真时就自己中断挂起，轮询标志的地方和安全点是重合的，另外在加上创建对象需要分配内存的地方——一般采用此方式

3. 安全区域

       为某些线程处于sleep状态或者blocked状态的情况下，不让jvm等待线程重新分配cpu时间，所以安全区是安全点的扩展，在这个区的引用关系不会发生变化，任何地方开始GC都是安全的

      在线程执行到安全区时，首先标志自己已经进入了安全区，这样，当jvm发起GC时，就不用管标志自己为安全区状态的线程了。当线程要离开安全区时，他要检查系统是否已经完成了根节点枚举，如果完成了，那线程就继续执行，否则必须等待知道收到可以安全离开安全区的信号为止