JVM|04垃圾回收

什麼是垃圾回收機制

背景知識

程序的運行必然須要申請內存資源，無效的對象資源若是不及時處理就會一直佔有內存資源，最終將致使內存溢出，因此對內存資源的管理是很是重要了。

Java語言的垃圾回收

爲了讓程序員更專一於代碼的實現，而不用過多的考慮內存釋放的問題，因此，在Java語言中，有了自動的垃圾回收機制，也就是咱們熟悉的GC。
有了垃圾回收機制後，程序員只須要關心內存的申請便可，內存的釋放由系統自動識別完成。
換句話說，自動的垃圾回收的算法就會變得很是重要了，若是由於算法的不合理，致使內存資源一直沒有釋放，一樣也可能會致使內存溢出的。
固然，除了Java語言，C#、Python等語言也都有自動的垃圾回收機制。

Java的垃圾回收經常使用算法

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引用計數法

原理

假設有一個對象A，任何一個對象對A的引用，那麼對象A的引用計數器+1，當引用失敗時，對象A的引用計數器就-1，若是對象A的計數器的值爲0，就說明對象A沒有引用了，能夠被回收。

優劣分析

1. 優點
   實時性較高，無需等到內存不夠的時候，纔開始回收，運行時根據對象的計數器是否爲0，就能夠直接回收。
   在垃圾回收過程當中，應用無需掛起。若是申請內存時，內存不足，則馬上報
   outofmember 錯誤。
   區域性，更新對象的計數器時，只是影響到該對象，不會掃描所有對象。

2. 劣勢
   每次對象被引用時，都須要去更新計數器，有一點時間開銷。
   浪費CPU資源，即便內存夠用，仍然在運行時進行計數器的統計。
   沒法解決循環引用問題。（最大的缺點）
   循環問題演示：

class TestA {
    public TestB b ;
}
class TestB{
    public TestA a;
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        TestA a = new TestA();
        TestB b = new TestB();
        a.b = b;
        b.a = a;
        a = null;
        b = null;
//     雖然被設置爲null，可是a與b之間依舊存在着循環引用的問題
    }
}

標記-清除算法

原理

標記清除算法，是將垃圾回收分爲2個階段，分別是標記和清除。
標記：從根節點開始標記引用的對象。
清除：未被標記引用的對象就是垃圾對象，能夠被清理。

初始狀態下，全部的目標對象都是爲0（未被標記）
待jvm出現有效內存耗盡，就會掛起線程，執行GC線程，進行標記

從根節點進行標記到最後，而後回收未被標記的對象。
清理完畢以後掛起gc線程，從新執行原先被掛起的線程。
而被標記的對象會被從新置0；

優劣分析

1. 優點
   很明顯的解決了循環應用致使的不能被回收的問題

2. 缺點
   缺點也很明顯
   效率較低，標記和清除兩個動做都須要遍歷全部的對象，而且在GC時，須要中止應用程序，對於交互性要求比較高的應用而言這個體驗是很是差的。
   經過標記清除算法清理出來的內存，碎片化較爲嚴重，由於被回收的對象可能存在於內存的各個角落，因此清理出來的內存是不連貫的

標記-壓縮算法

原理

標記壓縮算法是在標記清除算法的基礎之上，作了優化改進的算法。和標記清除算法同樣，也是從根節點開始，對對象的引用進行標記，在清理階段，並非簡單的清理未標記的對象，而是將存活的對象壓縮到內存的一端，而後清理邊界之外的垃圾，從而解決了碎片化的問題。

優劣分析

1. 優勢
   在標記清除算法的基礎上解決了產生碎片的問題

2. 缺點
   算法多出一步壓縮，因此在性能上也會有所影響

複製算法

原理

複製算法的核心就是：將原有的內存空間一分爲二，每次只用其中的一塊，在垃圾回收時，將正在使用的對象複製到另外一個內存空間中，而後將該內存空間清空，交換兩個內存的角色，完成垃圾的回收。
典型的複製算法的落地實現就是：jvm中堆內存的年輕代的gc策略（具體能夠看我jvm系列的博客的內存模型的那一部份內容）

1. 在GC開始的時候，對象只會存在於Eden區和名爲「From」的Survivor區，Survivor 區「To」是空的。

2. 緊接着進行GC，Eden區中全部存活的對象都會被複制到「To」，而在「From」區中仍存活的對象會根據他們的年齡值來決定去向。年齡達到必定值(年齡閾值，能夠經過- XX:MaxTenuringThreshold來設置)的對象會被移動到年老代中，沒有達到閾值的對象會被複制到「To」區域。

3. 通過此次GC後，Eden區和From區已經被清空。這個時候，「From」和「To」會交他們的角色，也就是新的「To」就是上次GC前的「From」，新的「From」就是上次GC前的「To」。無論怎樣，都會保證名爲To的Survivor區域是空的。

4. GC會一直重複這樣的過程，直到「To」區被填滿，「To」區被填滿以後，會將全部象移動到年老代中。

優劣分析

1. 優點
   在垃圾對象多的狀況下，效率較高
   清理後，內存無碎片

2. 劣勢
   在垃圾對象少的狀況下，不適用，如：老年代內存
   分配的2塊內存空間，在同一個時刻，只能使用一半，內存使用率僅有50%

分代算法

前面介紹了多種回收算法，每一種算法都有本身的優勢也有缺點，誰都不能替代誰，因此根據垃圾回收對象的特色進行選擇，纔是明智的選擇。分代算法其實就是這樣的，根據回收對象的特色進行選擇，在jvm中，年輕代適合使用複製算法，老年代適合使用標記清除或標記壓縮算法