淺析堆與垃圾回收

　　這篇文章咱們主要關注這些問題：：Java程序執行完後，堆中的對象何時被回收？如何回收？

　　堆又叫作 「GC堆，"因爲如今收集器基本都採用分代收集算法，因此Java堆還能夠細分爲：新生代和老年代，比例是1：2；再細緻一點新生代內部又劃分爲Eden區、Survivor區，比例爲8：1。下圖顯示了堆的結構:

　　對象在堆中內存的分配是有嚴格規定的，策略爲：

• 對象優先在新生代Eden區分配內存；
• 大對象直接進老年代，主要是長字符串和數組這些須要大量連續內存空間的對象；
• 長期存活的對象進入老年代。Eden區內存不夠時，JVM發起一次MinorGC，對象的年齡加一，默認對象年齡到15時進入老年代；
• 動態年齡斷定。相同年齡全部對象大小的總和大於 Survivor 空間的一半，大於等於該年齡的對象進入老年代。

新生代 GC指Minor GC，在新生代的進行垃圾回收，頻繁且快。 老年代 GC（Major GC/Full GC）在老年代進行垃圾回收，一般伴隨着至少一次的minor gc。速度慢。Full GC在以下幾種狀況下都會被觸發：

1. 老年代空間不足；
2. 方法區空間不足；
3. 調用System.gc(),建議JVM進行full gc；
4. 長期存活的對象轉入老年代，空間不足；
5. 沒有足夠的連續空間分配給大對象；
6. 新生代垃圾回收存活的對象太多，S1放不下，老年代擔保空間不足，擔保空間指的是老年代最大可用的連續空間是否大於新生代全部對象總空間。

　　堆裏面幾乎放了全部的對象，那咱們怎麼知道這些對象是否還有用呢？JVM提供了兩種方法來斷定：

• 引用計數法：給對象添加一個引用計數器，每次被引用，計數器值加一，引用失效，計數器值減一，當引用數爲0時，表示對象不存活。引用計數法沒法解決循環引用問題，周志朋老師書裏面有詳細的例子，也是比較容易理解的。
• 可達性分析法：以 」GC Roots「對象爲起始點，就像是樹的根節點，向下搜索，搜索走過的路徑稱爲引用鏈，若是一個對象到 GC Roots起始點沒有引用鏈，則此對象不可達，是須要被回收的。GC Roots是指虛擬機棧引用的對象，本地方法棧引用的對象，方法區靜態屬性引用的對象，方法區常量引用的對象。

　　上面提到了引用，對象的存活都和引用有關，引用類型又分爲強引用，軟引用，弱引用，虛引用。

• 強引用，new出來的對象，垃圾回收器毫不會回收它；
• 軟引用，在系統將要發生OMM前會回收這些對象的內存；
• 弱引用，垃圾收集器工做時只要發現，立刻回收；
• 虛引用，形同虛設，任什麼時候候均可能被回收。

　　實際上可達性分析法斷定的不可達對象不會立刻回收，對象真正被回收須要通過兩次標記。第一次標記就是被斷定爲不可達對象，而後進行一次篩選，篩選條件是此對象是否有必要執行finalize()方法。若是沒有重寫finalize()方法或者finalize()方法已經被虛擬機調用過，finalize()方法只會被系統調用一次。這兩種狀況都是」沒有必要執行的「。若是有必要，這個對象會被放在F-Quene隊列中，由虛擬機自動創建的低優先級的Finalizer線程去執行finalize()方法。這期間GC會對F-Quene中的對象進行第二次小規模標記，若是對象依然沒有被引用，那就會被回收，沒有被篩選的對象不必定被回收。

　咱們已經知道對象何時被回收了，那如何回收呢？介紹四種最經常使用的垃圾回收算法：

• 標記-清除：先標記需清除的對象，統一回收----效率不高，會產生大量不連續的碎片；
• 複製算法：將內存分塊，每次只使用一塊，使用完後，將存活的對象複製到另外一塊上；
• 標記整理：先標記存活對象，而後讓全部存活對象向一端移動，直接清理端邊界之外的內存；
• 分代算法，堆分隊新生代和老年代，新生代每次收集都會有大量的對象死去，選擇複製算法。老年代存活率比較高，且沒有額外空間進行分配擔保，選擇標記清除或者標記整理算法。

　垃圾收集算法是一種內存回收的思想，具體的實現是垃圾收集器。簡要介紹下經常使用的垃圾收集器：

• serial串行收集器。單線程，垃圾回收的時候，必須暫停其餘工做。新生複製，老年標記整理。簡單高效；
• ParNew 收集器。serial的多線程版本；
• Parallel Scavenge 收集器,複製算法的多線程收集器。注重吞吐量，cpu運行代碼時間/cpu耗時總時間。新生複製，老年標記整理；
• Serial Old 收集器，老年代版本；
• Parallel Old 收集器，Parallel Scavenge老年代版本；
• CMS 收集器，注重最短期停頓。併發收集器，垃圾收集線程與用戶線程（基本上）同時工做。 標記清除算法

  關於垃圾收集器更多的細節能夠閱讀周志朋老師的書。

 

參考資料：《深刻理解Java虛擬機》第二版 周志朋

　　　　　《深刻拆解Java虛擬機》鄭雨迪

　　　　　《JVM虛擬機底層原理分析與性能調優》程序員諸葛