談談JVM垃圾回收

做者：fzsyw

一，概述

 

Java運行時區域中，程序計數器，虛擬機棧，本地方法棧三個區域隨着線程的而生，隨線程而死，這幾個區域的內存分配和回收都具有肯定性，不須要過多考慮回收問題。而Java堆和方法區則不同，一個接口的多個實現類須要的內存不同，一個方法的多個分支須要的內存可能也不一眼，咱們只有在運行期，才能知道會建立的對象，這部分的內存分配和回收，是垃圾回收器所關注的。垃圾回收器須要完成三個問題：那些內存須要回收；何時回收以及如何回收。

二，哪些垃圾須要回收

 

垃圾回收的基本思想是考察一個對象的可達性，即從根節點開始是否能夠訪問到這個對象，若是能夠，則說明對象正在被使用，相反若是從根節點沒法訪問到這個對象，說明對象已經再也不使用了，通常來講此對象就是須要被回收的。這個算法爲根搜索算法。

 

2.1可達性分析

 

可是實際中，一個不可達的對象有可能在某種條件下「復活」本身，那麼對它的回收就是不合理的。爲此給出一個對象可達性狀態的定義，並規定了在什麼狀態下能夠安全的回收對象。可達性對象包含了如下三種狀態。

• 可達的：從根節點開始，按照引用節點，能夠搜索到這個對象

• 可復活的：對象的全部引用都被釋放，可是對象可能在finalize()方法中復活本身。

• 不可達的：對象的finalize()方法被調用，而且沒有復活，那麼就進入不可達狀態。不可達的對象不可能會被「復活」，由於finalize()方法只能調用一次。

   

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  /** *  * <p>Description: 1.對象被GC時，能夠經過finalize拯救 2.finalize只被調用一次 </p>   * @date 2019年8月25日   * @version 1.0 */public class FinalizeTest {
      private static FinalizeTest currentObj;
      @Override    protected void finalize() throws Throwable {        super.finalize();        System.out.println("finalize invoke");        //從新引用        currentObj = this;    }
      public void alive() {        System.out.println("live");    }
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {        currentObj = new FinalizeTest();
          currentObj = null;        System.gc();        //finalize優先級地，先等待        Thread.sleep(500);        if(currentObj == null) {            System.out.println("dead");        }else {            currentObj.alive();        }
          currentObj = null;        System.gc();        //finalize優先級地，先等待        Thread.sleep(500);        if(currentObj == null) {            System.out.println("dead");        }else {            currentObj.alive();        }    }}

上面代碼有一處同樣的斷碼片斷，可是獲得的結果卻並不相同，一次對象「拯救復活」成功，另外一次失敗，那麼就能夠被正常回收。

能夠做爲GC Roots包括下面幾種：

• 虛擬機棧（棧幀中的本地表量表）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引用（即通常Native的方法）的對象

  2.2 四種引用類型

 

在JDK1.2以後對引用進行了擴充，分爲強引用，軟引用，弱引用，虛引用4種，這四種強度一次減弱。經過對引用的擴充，能夠依據內存的使用來描述這樣的對象：當內存足夠，則保留內存中；若是內存空間進行垃圾回收後仍是很緊張，則能夠拋棄這類對象。不少系統的緩存功能符合這樣的應用場景。

• 強引用
  在Java中最多見的就是強引用， 把一個對象賦給一個引用變量，這個引用變量就是一個強引用。當一個對象被強引用變量引用時，它處於可達狀態，它是不可能被垃圾回收機制回收的，即便該對象之後永遠都不會被用到JVM也不會回收。所以強引用是形成Java內存泄漏的主要緣由之一。

• 軟引用

  軟引用須要用SoftReference類來實現，對於只有軟引用的對象來講，當系統內存足夠時它不會被回收，當系統內存空間不足時它會被回收。軟引用一般用在對內存敏感的程序中。

• 弱引用

  弱引用須要用WeakReference類來實現，它比軟引用的生存期更短，對於只有弱引用的對象來講，只要垃圾回收機制一運行，無論 JVM 的內存空間是否足夠，總會回收該對象佔用的內存。

• 虛引用

  虛引用須要PhantomReference類來實現，它不能單獨使用，必須和引用隊列聯合使用。虛引用的主要做用是跟蹤對象被垃圾回收的狀態。

 

三，何時回收

 

 

按HotSpot VM的serial GC的實現來看觸發條件主要分爲如下幾種：

• young GC：當young gen中的eden區分配滿的時候觸發。注意young GC中有部分存活對象會晉升到old gen，因此young GC後old gen的佔用量一般會有所升高。

• full GC：當準備要觸發一次young GC時，若是發現統計數聽說以前young GC的平均晉升大小比目前old gen剩餘的空間大，則不會觸發young GC而是轉爲觸發full GC（由於HotSpot VM的GC裏，除了CMS的concurrent collection以外，其它能收集old gen的GC都會同時收集整個GC堆，包括young gen，因此不須要事先觸發一次單獨的young GC）；或者，若是有perm gen的話，要在perm gen分配空間但已經沒有足夠空間時，也要觸發一次full GC；或者System.gc()、heap dump帶GC，默認也是觸發full GC。

HotSpot VM裏其它非併發GC的觸發條件複雜一些，不過大體的原理與上面說的其實同樣。併發GC的觸發條件就不太同樣。以CMS GC爲例，它主要是定時去檢查old gen的使用量，當使用量超過了觸發比例就會啓動一次CMS GC，對old gen作併發收集。

 

 

四，如何回收

 

 

如何回收主要就涉及到垃圾回收的算法了。下面介紹幾種垃圾回收算法的思想。

 

 4.1 標記清除法(Mark-Sweep)

 

標記清除算法是現代垃圾回收算法的思想基礎。它主要分爲兩個階段：標記階段和清除階段。在標記階段，首先經過根節點，標記全部從根節點開始的可達隊對象，所以未被標記的對象就是未被引用的垃圾對象。而後在清除階段，清除全部的未被標記的對象。

標記清除算法的不足有：效率的問題和標記清除後產生的大量不連續的內存碎片。而內存碎片太多可能會致使在分配大對象時，沒法找到連續的內存而不得不提早觸發另一次垃圾回收。

 

4.2  複製算法(Coping)

 

複製算法的核心思想是：將原有的內存空間分爲兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時，將正在使用的內存中存活對象複製到未使用的內存塊中，以後清除正在使用的內存塊中的全部對象，交換兩個內存的角色，完成垃圾回收。

若是系統中的待回收的對象不少，複製算法須要複製的存活對象就會相對較少，真正的垃圾回收時刻，複製算法的效率就會很高。並且對象是在垃圾回收過程當中的，統一複製到新的內存空間，再清除原來使用的內存，所以能夠確保回收後的內存空間是沒有碎片的。可是另外一方面，複製算法的代價是須要使用更多的內存空間。

複製算法比較適用於新生代。由於新生代垃圾對象一般多餘存活對象，複製算法的效率會比較高。

4.3 標記整理算法(Mark Compact)

 

在老年代，大部分的對象都是存活對象。若是依然用複製算法，因爲存活的對象多，複製的成本也將提升。所以基於老年代的垃圾回收特性，須要使用其餘的算法。標記整理算法是一種老年代的回收算法。它在標記算法的基礎上作了一些優化。和標記清除算法同樣，它也是從更節點開始，可是並非清除未標記的對象，而是將存活的對象壓縮到內存的一邊，以後清除邊界外全部空間。這種方法避免了碎片的產生，又不須要過多的內存空間，所以性價比比較高。

標記整理法的最終效果等同於標記清除算法執行完成後，再進行一次內存碎片的整理，所以也能夠把它稱爲標記清除整理(MarkSweepComact)。

4.4 分代算法(Generational Collecting)

 

分代算法是根據對象存活週期不一樣將內存化爲幾塊。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合適的收集算法。新生代中的特色是對象朝生夕死，大約90%的新建對象會被回收，所以新生代適合複製算法。當一個對象通過幾回回收後依然存活，對象就會被放入老年代的內存空間。在老年代中能夠認爲對象在一段時間內，甚至在程序的整個生命週期，是常駐內存的，能夠對老年代使用標記清除和標記整理算法。

對於新生代和老年代來講，一般新生代的回收頻率很高，可是每次回收的耗時都很短，而老年代回收的頻率比較低，可是會消耗更多的時間。

4.5 分區算法(Region)

 

通常來講，相同條件下，堆空間越大，一次GC所須要的事件越長，從而產生的停頓也越長。爲了更好的靠之停頓時間，將一塊大的內存區域分割成多個大小形同的小區域，依據目標的停頓時間，每次回收若干個小區間，而不是整個堆空間，從而減小一次GC所產生的停頓。分區算法是將整個堆空間劃分爲連續的不一樣小區間。每一個小區間獨立使用，獨立回收。