GC基本原理学习（Garbage Collected）

引言

Java的内存动态分配和垃圾收集的问题，都交给了JVM来处理。注意，将JVM运行数据区（虚拟机栈【栈帧】，程序计数器，堆内存）粗略的分为栈和堆（所有线程共享），回收的是堆中的对象实例。不是栈中的引用类型。

那么JVM是如何处理的？
从三个问题来分析：
1. 哪些内存需要回收？
2. 什么时候进行回收？
3. 如何回收？

注：现代收集器基本采用分代收集算法，堆分为：新生代和老年代。

1. 哪些内存需要回收？什么时候回收？

1.1 了解下对象的创建：

1. 通过new 关键字。
2. JVM遇到new指令，检查是否能在常量池中定位到一个类的符号引用。
3. 检查是否已被加载，解析，初始化过。
4. 没有，则执行相应的类加载过程。
5. 类加载检查通过后，为新生对象分配内存。（类加载后确定对象所需内存大小）
6. 从Java堆中划分出一块确定的内存。

1.2 若为“死亡”的对象，则需要回收，如何判断对象是否存活？

1.2.1 引用计数算法

• 给对象添加一个引用计数器
• 每当有一个地方引用它时，计数器指加1
• 当引用失效时，计数器指减1
• 任何时刻计数器为0的对象就是需要回收的
  Java虚拟机没有采用这种方法来管理内存，主要原因是它难以解决对象之间相互循环引用的问题。（python中采用）

1.2.2 可达性分析算法

• 用一个“GC Roots”的对象（指一系列中的其中一个并非某一种）作为起始点
• 从该节点向下搜索，搜索走过的路径称为引用链
• 若一个对象没有与任何引用链相连，即不可达
• 证明该对象是不可用，死亡
  Java,C#采用此方法。

1.2.3 哪些可作为GC Roots的对象？

• 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
• 方法区中类静态属性引用的对象
• 方法区中常量引用的对象
• 本地方法栈中JNI引用的对象

1.2.4 无论哪种算法都是与“引用”有关，下面分析引用的4种类型，强度依次减弱。

• 强引用：Java中普遍存在的（如：Object obj = new Object()），只要强引用还在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象实例。
• 软引用：用于有用但非必需的对象。在系统要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。[SoftReference]
• 弱引用：用于非必需对象。被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。[WeakReference]
• 虚引用：不影响生存时间，唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。[PhantomReference]

1.2.5 详解，真正的”死亡”对象（两次标记后进行回收）

事实上，不可达的对象，也并非“非死不可”，这时它们处于“缓刑”阶段，真正死亡至少要经历两次标记过程：

1.2.5.1 第一次标记

• 对对象进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链
• 筛选是否有必要执行finalize()方法[没有覆盖finalize()方法或finalize()方法已经被JVM调用过，视为“无需执行”]

1.2.5.2 第二次标记【需要执行finalize(),通过筛选】

• 将该对象放置F-Queue的队列中
• JVM自动建立一个低优先级的Finalizer线程去执行它（会触发执行，但不一定等待它运行结束）
• GC对F-Queue中的对象进行标记（对象可通过finalize()拯救自己，重新关联引用链等）
  不建议使用finalize()

1.3 上面讲的是需要回收的堆内存，关于回收方法区(或HotSpot虚拟机中的永久代），效率低

1.3.1 废弃常量

• 与堆类似，没有任何对象和其它地方引用的常量
• 随内存回收，被系统清理出常量池

1.3.2 无用的类

• 该类所有的实例都已经被回收（堆中无该类的实例）
• 加载该类的ClassLoader已经被回收
• 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法通过反射访问该类的方法。

2. 如何回收？【垃圾收集算法】

2.1 标记-清除[Mark-Sweep]算法

• 标记出所有需要回收的对象
• 统一回收(清除)所有被标记的对象
  

  缺点：效率不高；标记清除后会产生大量不连续的内存碎片。

2.2 复制[Copying]算法

• 将可用内存按容量划分为大小相等的两块
• 每次只使用其中的一块
• 当使用的这块内存用完了，则将还存活的对象复制到另一块上面
• 把使用过的那块内存一次性清理掉
  

  优点：实现简单，运行高效，可按顺序分配内存。
   缺点：内存直接缩小为原来一半，代价太大；对象存活率较高时，效率变低。

2.3 标记-整理[Mark-Compact]算法

• 标记出所有需要回收的对象
• 让所有存活的对象都向一端移动（整理）
• 清理掉存活对象端以外的内存
  

  适合堆中的老年代的垃圾收集

2.4 分代收集[Generational Collection]算法（商业虚拟机主要采用方法）

• 根据对象存活周期的不同将内存划分为几块
• 一般分为新生代和老年代
• 不同年代采用最适当的收集算法
• 新生代，一般复制算法
• 老年代，一般“标记-清理”或“标记-整理”
  具体如何回收，需依据具体的垃圾收集器实现

关于内存泄露

1. OutOfMemoryError异常，java堆溢出：-Xms ，-Xmx
   对象不断被创建，并且保证GC Roots到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么在对象数量到达最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。
2. VM Stack溢出。-Xss
3. 常量池溢出。-XX：PermSize，-XX:MaxPermSize

参考：《深入理解Java虚拟机》