理解JVM（二）：垃圾收集算法

判斷哪些對象須要被回收

• 引用計數算法：
  • 給對象中添加一個引用計數器，每當有一個地方引用時，計數器值就加1；當引用失效時，計數器值就減1；任什麼時候刻計數器爲0的對象就是不可能再被使用的。 可是JVM沒有使用此方法，由於此方法沒法解決2個對象相互循環引用的問題。
• 可達性分析算法：
  • 這個算法的基本思路就是經過一系列的稱爲「GC Roots」的對象做爲起始點，從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），當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，則證實此對象是不可用的。
• 在Java語言中，可做爲GC Roots的對象包括下面幾種：
  • 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象。
  • 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（即通常說的Native方法）引用的對象。

JDK1.2之後的引用分爲4種，引用強度依次逐漸減弱

• 強引用（Strong Reference）
  • 強引用就是指在程序代碼之中廣泛存在的，相似Object obj=new Object()這類的引用，只要強引用還存在，垃圾收集器永遠不會回收掉被引用的對象。
• 軟引用（Soft Reference）
  • 軟引用是用來描述一些還有用但並不是必需的對象。對於軟引用關聯着的對象，在系統將要發生內存溢出異常以前，將會把這些對象列進回收範圍之中進行第二次回收。若是此次回收尚未足夠的內存，纔會拋出內存溢出異常。在JDK1.2以後，提供了SoftReference類來實現。
• 弱引用（Weak Reference）
  • 弱引用也是用來描述非必需對象的，可是它的強度比軟引用更弱一些，被弱引用關聯的對象只能生存到下一次垃圾收集發生以前。當垃圾收集器工做時，不管當前內存是否足夠，都會回收掉只被弱引用關聯的對象。在JDK1.2以後，提供了WeakReference類來實現。
• 虛引用（Phantom Reference）
  • 虛引用也稱爲幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關係。一個對象是否有虛引用的存在，徹底不會對其生存時間構成影響，也沒法經過虛引用來取得一個對象實例。爲一個對象設置虛引用關聯的惟一目的就是能在這個對象被收集器回收時收到一個系統通知。在JDK 1.2以後，提供了PhantomReference類來實現。

垃圾收集算法

標記-清除算法（Mark-Sweep）

• 此方法分爲「標記」和「清除」兩個階段：首先標記出全部須要回收的對象，在標記完成後統一回收全部被標記的對象。它是最基礎的收集算法，後續的收集算法都是基於這種思路並對其不足進行改進而獲得的。
• 主要兩個不足：一個是效率問題，標記和清除兩個過程的效率都不高；另外一個是空間問題，標記清除以後會產生大量不連續的內存碎片，空間碎片太多可能會致使之後在程序運行過程當中須要分配較大對象時，沒法找到足夠的連續內存而不得不提早觸發另外一次垃圾收集動做。

複製算法（Copying）

• 此方法將可用內存按容量劃分爲大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當這一塊的內存用完了，就將還存活着的對象複製到另一塊上面，而後再把已使用過的內存空間一次清理掉。這樣使得每次都是對整個半區進行內存回收，內存分配時也就不用考慮內存碎片等複雜狀況，只要移動堆頂指針，按順序分配內存便可，實現簡單，運行高效。可是可用內存變成原來的一半，代價較大。

• 此方法通常用在回收新生代，由於新生代的對象98%都是很快就會被回收，因此不用1:1劃分，而是分爲一塊較大的Eden空間和2塊較小的Survivor空間。每次使用Eden和其中一塊Survivor。當回收時，將Eden和Survivor中還存活着的對象一次性地複製到另一塊Survivor空間上，最後清理掉Eden和剛纔用過的Survivor空間。HotSpot虛擬機默認Eden和Survivor的大小比例是8:1:1，即新生代中可用內存爲90%，只有10%被浪費。

  

標記-整理算法（Mark-Compact）

• 複製收集算法在對象存活率較高時就要進行較多的複製操做，效率將會變低。更關鍵的是，若是不想浪費50%的空間，就須要有額外的空間進行分配擔保，以應對被使用的內存中全部對象都100%存活的極端狀況，因此在老年代通常不能直接選用這種算法。
• 根據老年代的特色，有人提出了另一種「標記-整理」（Mark-Compact）算法，標記過程仍然與「標記-清除」算法同樣，但後續步驟不是直接對可回收對象進行清理，而是讓全部存活的對象都向一端移動，而後直接清理掉端邊界之外的內存。

分代收集算法（Generational Collection）

• 當前商業虛擬機的垃圾收集都採用「分代收集」算法，這種算法並無什麼新的思想，只是根據對象存活週期的不一樣將內存劃分爲幾塊。通常是把Java堆分爲新生代和老年代，這樣就能夠根據各個年代的特色採用最適當的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集時都發現有大批對象死去，只有少許存活，那就選用複製算法，只須要付出少許存活對象的複製成本就能夠完成收集。而老年代中由於對象存活率高、沒有額外空間對它進行分配擔保，就必須使用「標記—清理」或者「標記—整理」算法來進行回收。