憨人筆記之JVM-垃圾回收算法

話很少說，幹就完了。

在以前咱們說到堆空間是對象實例存放的地方。程序會一致運行，對象也可能一直建立，可是堆的內存空間是有限的，那麼如何保證在程序運行過程當中，堆空間一直有足夠的內存來建立新的對象呢？垃圾回收，垃圾回收將已經不使用的對象進行回收，釋放內存空間，以便在分配新的對象時有足夠的內存空間來進行分配。

在對堆空間進行垃圾回收以前，首先就是要肯定哪些對象還"存活"，哪些對象已經"死去"(也就是不回再被任何途徑所使用)。垃圾回收只會針對死去的對象。

如何斷定對象已死（垃圾判斷算法）

引用計數器算法（Reference Counting）

引用計數器算法就是在對象中添加一個引用計數器，每當有一個地方使用到該對象時，計數器值就加1，而當引用失效的時候，該計數器值就減1，只要當計數器的值爲0的時候，就表示該對象已經再也不被使用。

• 優勢

  引用計數器算法實現簡單，並且效率高。

• 缺點

  很難解決對象之間的相互循環引用問題。

因爲其缺點，因此目前主流的虛擬機中都沒有選用引用計數器算法來管理內存。那麼什麼是對象的相互循環引用呢？經過下面代碼實例來進行說明

public class Dog {
  private Cat cat;
  // 省略get/set方法
}

public class Cat {
  private Dog dog;
  // 省略get/set方法
}

public static void main(String[] args){
  Dog dog = new Dog();
  Cat cat = new Cat();
  // 對象的相互循環引用
  cat.dog = dog;
  dog.cat = cat;
  
  dog = null;
  cat = null;
}
複製代碼

在上述代碼中，雖然dog，cat被置爲null，也就是再也不使用了，可是dog和cat之間存在相互引用，因此虛擬機並不會回收這兩個對象。

可達性分析算法

可達性算法的基本思想就是經過一系列被稱爲"GC Roots"的對象做爲起始點，由這些節點開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱爲引用鏈（Reference Chain）,當一個GC Roots對象沒有任何引用鏈相連時，則證實該對象是不可用的。

在Java中，可做爲GC Roots的對象主要包括瞭如下幾種：

• 棧幀中的本地變量表中的引用的對象
• 方法區中類靜態屬性引用的對象
• 方法區中常量引用的對象
• 本地方法棧中JNI（Native方法）引用的對象

須要說明的是，即便是在可達性算法中，不可達的對象，並不是就會被標記爲"非死不可"的對象。對於一個對象的死亡宣告，至少要經歷兩次標記的過程。

第一次標記

l對象通過可達性算法分析後，發現沒有與GC Roots項鍊的引用鏈時，它會被標記一次，同時會進行篩選，篩選的條件就是此對象有沒有必要執行finalize方法。若是該對象沒有覆蓋finalize方法或者說finalize方法已經被虛擬機執行過。那麼虛擬機會認爲這兩種狀況沒有必要執行finalize方法。

第二次標記

若是對象被斷定爲有必要執行finalize方法，那麼虛擬機會將對象防止在一個F-Queue隊列中。同時虛擬機會自動創建一個低優先級的Finalizer線程去執行它。須要注意的是，執行僅僅表示虛擬機會觸發這個對象的finalize方法，但並不會保證等待這個對象的運行結束。

finalize方法是對象逃脫死亡命運的最後一次機會，GC會對F-Queue隊列中的對象作第二次標記。對象在finalize方法中，若是從新創建與引用鏈上的任何一個對象關聯，例如將本身（this關鍵字）賦值給某個類變量或者對象的成員變量。那麼在第二次標記時，會被移出"即將回收"的集合。

最終流程如上圖所示。須要注意的是，對於任何一個對象的finalize方法，都只會被系統自動調用一次，若是對象已經調用過finalize方法以後，那麼它的finalize方法就不會被再次執行。在實際開發過程當中，應當避免調用對象的finalize方法。

垃圾收集算法

常見的垃圾收集算法有四類：標記-清除算法、標記-整理算法、複製算法、分代算法。下面分別依次介紹每一種算法的思想。

標記-清除算法

標記-清除算法是垃圾收集算法中最基礎的算法。在以前說如何斷定一個對象是否存活的算法中，GC Roots會對對象進行標記，而標記清除算法，則是根據GC Roots的標記判斷該對象可回收，以下圖：

經過途中能夠很明顯的看到，標記清除算法會帶來一個問題，那就是內存碎片化。在說到堆空間的新生代時，也提到過內存的碎片化，其後果就是會影響到程序的性能。

標記-整理算法

標記整理算法的標記過程同標記-清除算法一致，可是後續過程存在差別，標記-整理算法在標記後不是立馬對可回收的對象進行回收，而是讓存活的對象都向一端移動，而後清除可用邊界之外的對象，釋放內存空間。

在上圖中能夠明顯的看到，與標記-清除算法不通的是，它並不會產生內存碎片，而是經過整理，使當前可用對象都會保存在一段連續的內存上。

複製算法

在說到堆空間的新生代時，有說到新生對象從Eden區到Survivor區的流轉過程，而這個過程正好就是複製算法的實際體現。複製算法會在內存中劃分出兩塊大小相等的區域（假設爲A、B)，每次只使用其中一塊，當A區域滿了的時候，會將存活的對象複製一份到B區域，同時清空A區域。只須要移動堆頂的指針，按照順序分配，也就不用考慮內存碎片的問題了。

分代算法

在目前主流的商業虛擬機中，基本上採用的都是分代算法，分代算法實質上就是根據對象的存活週期不一樣劃分不一樣的區域。通常是把Java堆劃分紅新生代和老年代。而針對不一樣的代採起不一樣的收集算法。例如在新生代中，一般會採用複製算法，而在老年代中，由於對象的存活率較高，通常使用標記-整理或標記-清除算法。

總結

本章中主要講解了垃圾回收的相關的算法。兩個方面，一是斷定對象是否存活的算法，二是垃圾回收算法，總結以下圖：

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不怕路歹行不怕大雨淋，心上一字敢 面對個人夢，甘願來做憨人。 --<憨人>