JVM 垃圾回收機制

1. GC的概念

Garbage Collection 垃圾收集

Java中，GC的對象是堆空間和永久區(若是對Java內存區域不太瞭解，請查看Java內存區域)

2. GC算法

2.1 引用計數法

老牌垃圾回收算法
經過引用計算來回收垃圾

使用者：

• COM
• ActionScript3
• Python

引用計數器的實現很簡單，對於一個對象A，只要有任何一個對象引用了A，則A的引用計數器就加1，當引用失效時，引用計數器就減1。只要對象A的引用計數器的值爲0，則對象A就不可能再被使用。

因此當一個對象的引用數量爲0，就意味着沒有人引用了這個對象，就能夠將這個對象GC掉。

引用計數法的問題：

• 引用和去引用伴隨加法和減法，影響性能
• 很難處理循環引用

從上圖能夠看出，右邊的3個對象，最後的引用計數都是1，可是都不被根對象所引用，三個垃圾對象循環引用，致使都沒法被回收。

這裏要注意的是，引用計數法在Java中沒有采用。

2.2 標記-清除

標記-清除算法是現代垃圾回收算法的思想基礎。標記-清除算法將垃圾回收分爲兩個階段：標記階段和清除階段。一種可行的實現是，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，清除全部未被標記的對象。

2.3 標記-壓縮

標記-壓縮算法適合用於存活對象較多的場合，如老年代。它在標記-清除算法的基礎上作了一些優化。和標記-清除算法同樣，標記-壓縮算法也首先須要從根節點開始，對全部可達對象作一次標記。但以後，它並不簡單的清理未標記的對象，而是將全部的存活對象壓縮到內存的一端。以後，清理邊界外全部的空間。

2.4 複製算法

• 與標記-清除算法相比，複製算法是一種相對高效的回收方法
• 不適用於存活對象較多的場合 如老年代
• 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的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

複製算法的問題：空間浪費，只能使用一半空間

經過整合標記清理思想來使得空間不怎麼浪費

上圖中老年代與複製算法關係不大，老年代通常是擔保空間。

最上面那塊大的區域，當作對象產生的空間。

中間那塊就是複製算法的核心區域，兩塊區域相同大小的空間。

具體步驟是：

1. 在最上面那塊大的區域產生新對象。

2. 大對象不太適合在複製空間，由於複製空間的容量是有限的，因此須要一個大的空間作擔保，因此讓老年代作擔保。這樣產生的大對象直接進入老年代。

3. 每一次GC，對象的年齡就會+1，一個對象在幾回GC後仍然沒有被回收，則這個對象就是一個老年對象。老年對象是一個長期被引用的對象，老年對象將被放入老年代。

4. 步驟1中產生的小對象，將進入到複製空間。原先複製空間中的新對象也將被複制到另外一塊複製空間

5. 清空垃圾對象

-XX:+PrintGCDetails的輸出

根據-XX:+PrintGCDetails的輸出，咱們能夠看到

一個堆分爲new generation(新生代) , tenured generation(老年代)和compacting perm gen。

而new generation分爲eden space,from space（有些地方稱爲s0和s1，表示倖存代） , to space。

eden space就是上面那種圖中，對象產生的地方。

from space和to space是兩塊大小同樣的區域，是上圖中的複製空間。

new generation的可用總空間就是eden space+一塊複製空間（另外一塊不算），可是根據new generation的地址訪問能夠算出是eden space + 兩塊複製空間區域，因此複製算法浪費了一部分空間。

2.5 分代思想

依據對象的存活週期進行分類，短命對象歸爲新生代，長命對象歸爲老年代。
根據不一樣代的特色，選取合適的收集算法

• 少許對象存活，適合複製算法
• 大量對象存活，適合標記清理或者標記壓縮

進入老年代的對象有兩種狀況：

1. 新生代空間不夠，老年代作擔保存放一些大對象

2. 某些對象屢次GC後仍然存在，進入老年代。

老年代的大多數對象都是第2種狀況，因此老年代的對象的生命週期比較長，GC的發生也比較少，會有大量對象存活，因此不用複製算法，而改成標記清理或者標記壓縮。

全部的算法，須要可以識別一個垃圾對象，所以須要給出一個可觸及性的定義

3. 可觸及性

可觸及的

• 從根節點能夠觸及到這個對象

可復活的

• 一旦全部引用被釋放，就是可復活狀態
• 由於在finalize()中可能復活該對象

不可觸及的

• 在finalize()後，可能會進入不可觸及狀態
• 不可觸及的對象不可能復活
• 能夠回收

下面舉個例子來講明可復活這個狀態：

public class CanReliveObj
{
	public static CanReliveObj obj;

	@Override
	protected void finalize() throws Throwable
	{
		super.finalize();
		System.out.println("CanReliveObj finalize called");
		obj = this;
	}

	@Override
	public String toString()
	{
		return "I am CanReliveObj";
	}

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException
	{
		obj = new CanReliveObj();
		obj = null; // 可復活
		System.gc();
		Thread.sleep(1000);
		if (obj == null)
		{
			System.out.println("obj 是 null");
		}
		else
		{
			System.out.println("obj 可用");
		}
		System.out.println("第二次gc");
		obj = null; // 不可復活
		System.gc();
		Thread.sleep(1000);
		if (obj == null)
		{
			System.out.println("obj 是 null");
		}
		else
		{
			System.out.println("obj 可用");
		}
	}

}

輸出：

CanReliveObj finalize called
obj 可用
第二次gc
obj 是 null

通常咱們認爲，對象賦值null後，對象就能夠被GC了，在上述實例中，在finalize中，又將obj=this，使對象復活。由於finalize只能調用一次，因此第二次GC時，obj被回收。

所以對於finalize會有這樣的建議：

• 經驗：避免使用finalize()，操做不慎可能致使錯誤。
• finalize優先級低，什麼時候被調用（在GC時被調用，什麼時候發生GC不肯定） 不肯定
• 可使用try-catch-finally來替代它

另外在以前，咱們一直在提到從根出發，那麼根是指哪些對象呢？

• 棧中引用的對象
• 方法區中靜態成員或者常量引用的對象（全局對象）
• JNI方法棧中引用對象

4. Stop-The-World

Stop-The-World是Java中一種全局暫停的現象。

全局停頓，全部Java代碼中止，native代碼能夠執行，但不能和JVM交互

多半因爲GC引發，固然Dump線程、死鎖檢查、堆Dump都有可能引發Stop-The-World

GC時爲何會有全局停頓？

類比在聚會時打掃房間，聚會時很亂，又有新的垃圾產生，房間永遠打掃不乾淨，只有讓你們中止活動了，才能將房間打掃乾淨。

危害

長時間服務中止，沒有響應
遇到HA系統，可能引發主備切換，嚴重危害生產環境。

新生代的GC（Minor GC），停頓時間比較短

老年代的GC（Full GC），停頓時間可能比較長