《深刻理解Java虛擬機》學習小記一之自動內存管理機制(二)

1.概要

在《深刻理解Java虛擬機》學習小記一之自動內存管理機制(一)中，咱們羅列了如下幾個問題：

1. 什麼操做可能致使內存溢出？
2. 有哪些種類的內存溢出？
3. 都是在內存的哪些區域溢出？
4. 垃圾收集有哪些原則？
5. 有哪些垃圾收集算法及其實現？
6. 新生代和老年代的回收策略如何？
7. 各類內存相關的JVM參數是什麼意思？

本文主要總結問題四、問題5和問題7.整體以下：

2.判斷對象是否存活的算法

經常使用的判斷對象是否存活的算法有兩種：一種是引用計數算法，另一種是根搜索算法。例如Python語言就是使用了引用計數算法進行內存管理的。Java、C#和古老的Lisp等語言使用了根搜索算法判斷對象是否存活。下面就算法的思想上介紹這兩種算法。

2.1引用計數算法

引用計數算法最主要的步驟以下描述：

1. 給對象中添加一個引用計數器，每當一個地方引用它時，計數器值就加1
2. 當引用失效時，計數器值就減1
3. 當計數器的值爲0時，就判斷該對象不能被使用

這個算法實現簡單，可是很難解決對象之間循環引用的問題，所以Java並無使用這種算法來管理內存。

2.2根搜索算法

根搜索算法是經過一系列的名爲「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，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。

3.GC算法

3.1標記-清除（Mark-Sweep）算法

算法分爲「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掉全部被標記的對象。算法示意圖以下：

該算法是最基礎的收集算法，後續的蒐集算法都是基於這種思路並對其缺點進行改進獲得的。

3.2複製（Copying）算法

爲了解決效率問題，複製算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快。當這塊的內存用完了，就講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。算法示意圖以下：

如今的商業虛擬機都採用這種收集算法來回收新生代。

3.3標記-整理（Mark-Compact）算法

複製收集算法在對象存活率較高時就要執行較多的複製操做，效率將會很低。所以在老年代通常不能直接使用這種算法。

爲了解決這個問題，標記-整理算法爲此誕生。該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，算法示意圖以下：

3.4分代收集算法

當前商業虛擬機的垃圾收集都採用分代收集算法，該算法只是根據對象的存活週期不一樣將內存劃分爲幾塊。通常將Java堆劃分爲新生代和老年代。新生代通常採用複製算法，老年代通常採用標記-清除算法或標記-整理算法。

3.5幾種算法的優缺點

4.垃圾收集器

關於垃圾收集器的知識在這裏不作介紹，有興趣的能夠參考http://book.51cto.com/art/201107/278913.htm

5.垃圾收集器的參數總結

6.關於GC的幾點補充

通過上述的說明，能夠發現垃圾回收有如下的幾個特色：

  1.垃圾收集發生的不可預知性：因爲實現了不一樣的垃圾收集算法和採用了不一樣的收集機制，因此它有多是定時發生，有多是當出現系統空閒CPU資源時發生，也有多是和原始的垃圾收集同樣，等到內存消耗出現極限時發生，這與垃圾收集器的選擇和具體的設置都有關係。

  2.垃圾收集的精確性：主要包括2 個方面：
    a.垃圾收集器可以精確標記活着的對象；
    b.垃圾收集器可以精確地定位對象之間的引用關係。
前者是徹底地回收全部廢棄對象的前提，不然就可能形成內存泄漏。然後者則是實現歸併和複製等算法的必要條件。全部不可達對象都可以可靠地獲得回收，全部對象都可以從新分配，容許對象的複製和對象內存的縮並，這樣就有效地防止內存的支離破碎。

  3.如今有許多種不一樣的垃圾收集器，每種有其算法且其表現各異，既有當垃圾收集開始時就中止應用程序的運行，又有當垃圾收集開始時也容許應用程序的線程運行，還有在同一時間垃圾收集多線程運行。

  4.垃圾收集的實現和具體的JVM 以及JVM的內存模型有很是緊密的關係。不一樣的JVM 可能採用不一樣的垃圾收集，而JVM 的內存模型決定着該JVM能夠採用哪些類型垃圾收集。如今，HotSpot 系列JVM中的內存系統都採用先進的面向對象的框架設計，這使得該系列JVM均可以採用最早進的垃圾收集。

  5.隨着技術的發展，現代垃圾收集技術提供許多可選的垃圾收集器，並且在配置每種收集器的時候又能夠設置不一樣的參數，這就使得根據不一樣的應用環境得到最優的應用性能成爲可能。

  針對以上特色，咱們在使用的時候要注意：

  1.不要試圖去假定垃圾收集發生的時間，這一切都是未知的。好比，方法中的一個臨時對象在方法調用完畢後就變成了無用對象，這個時候它的內存就能夠被釋放。

  2.Java中提供了一些和垃圾收集打交道的類，並且提供了一種強行執行垃圾收集的方法--調用System.gc()，但這一樣是個不肯定的方法。Java 中並不保證每次調用該方法就必定可以啓動垃圾收集，它只不過會向JVM發出這樣一個申請，究竟是否真正執行垃圾收集，一切都是個未知數。

  3.挑選適合本身的垃圾收集器。通常來講，若是系統沒有特殊和苛刻的性能要求，能夠採用JVM的缺省選項。不然能夠考慮使用有針對性的垃圾收集器，好比增量收集器就比較適合實時性要求較高的系統之中。系統具備較高的配置，有比較多的閒置資源，能夠考慮使用並行標記/清除收集器。

  4.關鍵的也是難把握的問題是內存泄漏。良好的編程習慣和嚴謹的編程態度永遠是最重要的，不要讓本身的一個小錯誤致使內存出現大漏洞。

  5.儘早釋放無用對象的引用。大多數程序員在使用臨時變量的時候，都是讓引用變量在退出活動域(scope)後，自動設置爲null，暗示垃圾收集器來收集該對象，還必須注意該引用的對象是否被監聽，若是有，則要去掉監聽器，而後再賦空值。

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摘至 《深刻理解Java虛擬機》