Java垃圾回收机制

垃圾回收机制

对象创建过程

对象内存分布

对象的访问

对象回收算法

• 引用计数法：可能存在的问题，对象相互引用

• 可达性分析：

  可达性分析算法的主要思路是先找出一批根节点对象集合作为GC Roots（可称为根节点枚举），然后从这批根节点出发，查找其引用关系（类似于深度优先搜索），最终形成如下图这样的反映对象间依赖关系的图，若某些对象没有任何引用链与GC Roots相连（如下图中的Object5,Object6,Object7），则说明这些对象就是垃圾对象，是可以被垃圾收集器回收的。

如下这些对象就可以作为GC Roots对象：

1、虚拟机栈中引用的对象（参数，局部变量等）

2、方法区中类静态变量

3、方法区中常量引用的对象

4、本地方法栈中引用的对象

5、被同步锁（synchronized）持有的对象

finalize方法

• 当对象即将被回收的时候，会回调这个方法，这个方法只会被回调一次

• finalize方法异步调用并且优先级比较低

引用类型

• 强引用
• 软引用(SoftReference):对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象,这个特性很适合用来实现缓存：比如网页缓存、图片缓存等
• 弱引用(WeakReference):当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，gc时都会回收被弱引用关联的对象，ThreadLocal里面的ThreadLocalMap就是用了WeakReference来保存ThreadLocal对象
• 虚引用(PhantomReference):随时随地会被回收，

对于强引用，我们平时在编写代码时经常会用到。而对于其他三种类型的引用，使用得最多的就是软引用和弱引用，这2种既有相似之处又有区别。它们都是用来描述非必需对象的，但是被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收，而被弱引用关联的对象在JVM进行垃圾回收时总会被回收。针对上面的特性，软引用适合用来进行缓存，当内存不够时能让JVM回收内存，弱引用能用来在回调函数中防止内存泄露。

因为回调函数往往是匿名内部类，隐式保存有对外部类的引用，所以如果回调函数是在另一个线程里面被回调，而这时如果需要回收外部类，那么就会内存泄露，因为匿名内部类保存有对外部类的强引用。

堆内存分布

堆被划分成两部分：新生代和老年代，新生代和老年代比值为1:2，这个比例并不是唯一的，我们可以可以通过参数 –XX:NewRatio按照具体的场景来指定。

新生代又可以分为 Eden区和Survivor区，而Survivor区又可以分为FromSurvivor和ToSurvivor，默认比值为8:1:1

对象分配策略

其实Java中的对象并不是全部分配在堆内存区域，也可能分配在栈中。一个对象创建后的分配顺序如下：

1、尝试进行栈上分配（线程私有小对象，对象无逃逸，并且支持标量替换），栈上分配的对象会随着方法结束栈帧弹出而消亡，无需等到GC去清理；

2、栈上分配失败，如果是大对象，则直接分配到堆中Old区；

3、如果是小对象，优先进行线程私有本地分配（Thread Local Allocation Buff，文末解释）；

4、线程私有本地分配失败，则分配在堆中Young区中的Eden区。

涉及点：

Thread Local Allocation Buff，简称 TLAB，线程私有本地分配。在Eden区中，由于空间是线程共享，会导致多个线程同时去竞争Eden区中位置而降低效率。为了减少这种情况，每个线程会在Eden区中获取一块私有空间（默认1%，JVM参数可调），线程上的私有小对象会优先分配到这里，避免多个线程同时竞争一个位置，提高效率。TLAB也是位于Eden区中。

验证，JVM添加启动参数-XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC，禁止对象分配在堆上，并且打印GC

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        long b = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 5000000; i++) {
            test();
        }
        System.out.println(System.currentTimeMillis() - b);
    }

    private static void test() {
        new String("233333");
    }
}

//-静止分配在堆上打印
[GC (Allocation Failure)  65536K->616K(251392K), 0.0007247 secs]
52
//允许分配在堆上打印
4

垃圾回收算法

• Minor GC/Young GC:从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存
• Full FC:清理整个空间，包括方法区
• Major GC/Old GC:清理老年代

GC 复制算法（Copying GC）

通过将内存分为两个空间，在垃圾回收是将空间1的活动对象，直接复制到空间2中，然后全部回收掉空间1的对象

• 实现简单，运行效率高
• 内存复制，没有内存碎片
• 利用率只有一半

改进版本：Appel式回收

新生代分为一块较大的Eden空间和两块较小的 Survivor空间，每次分配内存只使用Eden和其中一块Survivor,三个区域，Eden，From，To

标记-清除算法(Mark-Sweep)

由标记阶段和清除阶段构成。在标记阶段会把所有的活动对象都做上标记，然后在清除阶段会把没有标记的对象，也就是非活动对象回收

• 执行效率不稳定
• 内存碎片可能导致提前GC

标记-整理算法(Mark-Compact)

两个阶段：标记和整理，在标记阶段会把所有的活动对象都做上标记，整理阶段将对象按顺序排列

• 没有内存碎片
• 用户线程暂停

常见垃圾收集器

HotSpot虚拟机所有的垃圾收集器如下图

上面有7种收集器，分为部分，上面为新生代收集器，下面是老年代收集器。如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。

简单垃圾回收器示意图

CMS使用的是标记清除算法，会带来内存碎片。

Stop The World

指的是GC事件发生过程中，会产生应用程序的停顿。停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应,有点像卡死的感觉，这个停顿称为STW