Java进阶教程：垃圾回收

垃圾回收

什么是垃圾回收

　　垃圾回收（Garbage Collection,GC），顾名思义是释放垃圾占用的空间，防止内存泄漏。有效的使用可以使用的内存，对内存堆中已经死亡的或者长时间没有使用的对象进行清除和回收。

如何判断垃圾呢

　　为了判断对象是否存活，JVM引入了GC Roots。如果一个对象与GC Roots之间没有直接或间接的引用关系，比如某个对象失去任何引用的对象。或者两个互相环岛状循环引用的对象等，判断这些对象“死缓”，是可以被回收的。

　　这种算法又称之为可达性分析算法。

可达性分析算法

　　可达性分析算法（Reachability Analysis）的基本思路是，通过一些被称为引用链（GC Roots）的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径被称为（Reference Chain)，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时（即从 GC Roots 节点到该节点不可达），则证明该对象是不可用的。

　　通过可达性分析算法，成功解决了引用计数无法解决的“循环依赖”问题。只要你无法与 GC Root 建立直接或间接的连接，系统就会判定你为可回收对象。

　　在Java语言中，可作为GC Root的对象包括以下四种：

虚拟机栈中引用的对象
方法区中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

怎么回收垃圾

　　在确定了哪些垃圾可以被回收后，垃圾收集器要做的事情就是开始进行垃圾回收，但是这里面涉及到一个问题是：如何高效地进行垃圾回收。由于Java虚拟机规范并没有对如何实现垃圾收集器做出明确的规定，因此各个厂商的虚拟机可以采用不同的方式来实现垃圾收集器，这里我们讨论几种常见的垃圾收集算法的核心思想。

标记清除

　　标记清除算法（Mark-Sweep），先对即可回收的垃圾进行标记，然后清理掉，就像上图一样，清理掉的垃圾就变成未使用的内存区域，等待被再次使用。逻辑很清晰，但是它存在一个很大的问题，那就是内存碎片。会导致我们想要一个连续的大一点的空间，但是被分散在各个地方，无法申请到。

复制

　　复制算法（Copying）是在标记清除算法上演化而来，解决标记清除算法的内存碎片问题。它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。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。保证了内存的连续可用，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，逻辑清晰，运行高效。

　　但是它也有一个问题，就是空间必须拆分，即你有10G内存，但是能分配的最大单个对象只有5G。

标记整理

　　标记整理算法（Mark-Compact）标记过程仍然与标记 --- 清除算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，再清理掉端边界以外的内存区域。

　　它仍然有一个致命问题，就是效率问题，它对内存变动更频繁，需要整理所有存活对象的引用地址，在效率上比复制算法要差很多。

分代收集算法

　　分代收集算法（Generational Collection）严格来说并不是一种思想或理论，而是融合上述3种基础的算法思想，而产生的针对不同情况所采用不同算法的一套组合拳。对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用标记-清理或者标记整理算法来进行回收。

Java堆的结构

　　Java堆分为两个区域，年轻代和老年代，其中年轻代又分为Eden区和Survivor，Survivor分为Form 和To 两个区。

Eden

　　大多数情况下，对象会在新生代Eden区中进行分配，当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机会发起一次Minor GC，Minor GC相比Major GC更频繁，回收速度也更快。

　　通过Minor GC之后，Eden会被清空，Eden区中绝大多数对象会被回收，而那些无需回收的存活对象，就会进入Survivor的Form区，若Form区不够，则直接进入Old区。

Survivor

　　Survivor区相当于Eden区与Old区的一个缓存，类似我们交通灯中的黄灯。Survivor区存在的意义就是减少被送到老年区的对象，从而减少Major GC的发生。Survivor的预筛选保证，只有经历16次Minor GC还能在新生代中存活的对象，才能被送到老年代。Survivor设置两个的原因是，Survivor内部使用特殊的清理算法（类似于复制算法），可以解决内存碎片化。

Old

　　老年代占据着2/3的堆内存空间，只有在Major GC的时候才会进行清理。在老年代，对象存活率很高，如果复制的话很麻烦，采用标记整理算法较好。

特殊情况

　　大对象是需要大量连续内存空间的对象，这部分对象直接进入老年代。

参考链接

https://mp.weixin.qq.com/s/v7hXr1RHKJpS20LxctvCFg
《深入理解Java虚拟机》。