GC总结

垃圾回收概述

1. 什么是垃圾（Garbage）?

垃圾是指在运行过程中没有任何指针指向的对象，这个对象就是需要被回收的垃圾。
如果不及时对内存中的垃圾进行清理，那么，这些垃圾对象所占用的内存空间会一直保留到应用程序结束，被保留的空间无法被其他对象使用，甚至可能导致内存溢出

2. 早期的垃圾回收

早期的C/C++时代，垃圾回收基本上是手工进行。开发人员可以使用new关键字进行内存申请，并使用delete关键字进行内存释放。比如

MibBride *pBridge = new cmBaseGroupBridge();
//如果注册失败，使用delete释放该对象所占内存区域
if(pBridge->Register(kDesgroy) != NO_ERROR)
delete pBridge;

这种方式可以灵活控制内存释放的时间，但会给开发人员带阿狸频繁申请和释放内存管理负担。倘若有一处内存区间由于程序员编码的问题忘记被回收，就回造成内存泄露，垃圾对象永远无法清除，随着系统运行时间的不断增长，垃圾对象所耗内存可能持续上升，直到出现内存溢出并造成应用程序崩溃。

有了垃圾回收机制后，上述代码极有可能变成这样

MibBride *pBridge = new cmBaseGroupBridge();
pBridge->Register(kDesgroy)

现在，除了java以外，C#、Python、Ruby等语言都使用了自动垃圾回收的思想，也是未来的发展趋势。可是说这种自动化的内存分配和垃圾回收的方式已经成为了现代开发语言的必备的标准。

3.Java回收机制

自动内存管理
无需开发人员手动参与内存的分配与回收，这样降低内存泄露和内存溢出的风险，将程序员从繁重的内存管理中释放出来，可以更专心的专注于业务开发
担忧
- 对于Java开发人员而言，自动内存管理就像是一个黑匣子，如果过度依赖于“自动”，将会是一场灾难，最严重的就会弱化Java开发人员在程序出现内存溢出时定位问题和解决问题的能力
- 此时，了解JVM的自动内存分配和内存回收原理就显得非常重要，只有在真正了解JVM是如果管理内存后，我们才能够在遇见OOM时快速的根据错误异常日志定位问题和解决问题
- 当需要排查各种内存溢出、内存泄露问题时，当垃圾收集成为系统达到更高并发量瓶颈时，我们就必须对这些“自动化”的技术实施必要的监控和调节。
应该关心哪些区域的回收
- 垃圾回收器可以对年轻代回收，也可以对老年代回收，甚至是全堆和方法区的回收。
- 其中，JAVA堆是垃圾收集器的工作重点
从次数上讲
- 频繁收集Young区
- 较少收集Old区
- 基本不动Perm区（元空间）

垃圾回收相关算法

引用计数算法（标记阶段）

当一个对象已经不再被任何存货对象继续引用时，就可以宣判已经死亡

判断对象存活一般有两种方式：引用计数算法和可达性分析算法
概念
- 对每个对象保存一个整型的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。
- 对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1；当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。
优点
- 实现简单，垃圾对象便于辨识；
- 判定效率高，回收没有延迟性。
缺点
- 需要单独的字段存储计数器，增加了存储空间的开销
- 每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销。
- 引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。这是一条致命缺陷，导致在JAVA的垃圾回收器中没有使用这类算法。
Python使用了引用计数算法，如何解决循环引用？
- 手动解除：在合适的时机，解除引用关系。
- 使用弱引用 weakref,weakref是Python提供的标准库，旨在解决循环引用，只要弱引用直接回收

可达性分析算法（标记阶段） / 跟搜索算法 / 追踪性垃圾收集

相较于引用计数算法而言，可达性分析算法不仅同样具备实现简单和执行高效等特点，更重要的是该算法可以有效地解决在引用计数算法中循环引用的问题，防止内存泄露的发生。是JAVA、C#的选择。

基本思路
- 可达性分析算法是以跟对象集合（GC Roots : 一组必须活跃的引用）为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接目标对象是否可达。
- 使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链
- 如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象已经死亡，可以标记为垃圾对象。
- 在可达性分析算法中，只有能够根对象集合直接或者间接连接的对象才是存活对象。
GR Goots 包括以下几类元素：
- 虚拟机栈中引用的对象(比如各个线程被调用的方法中使用到的参数、局部变量等)
- 本地方法栈内JNI（本地方法）引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象（比如java类的引用类型静态变量）
- 方法区中常量引用的对象（比如字符串常量池里的引用）
- 所有被同步锁 synchronized 持有的对象
- Java虚拟机内部的引用
  基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（如NullPointerException、OutOfMemoryError）,系统类加载器。
- 反应java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。
- 除了这些固定的GC Roots 集合以外，根据用户所选用的垃圾收集器以及当前回收的内存区域不同，还可以有其他对象“临时性”的加入，共同构成完成GC Roots集合。比如分代收集和局部回收（Partial GC）
  如果只针对Java堆中的某一块内存区域进行回收（比如只针对新生代）必须考虑到内存区域是虚拟机自己的实现细节，更不是孤立封闭的，这个区域的对象完全有可能被其他区域的对象所引用，这时就需要一并将关联的区域对象也加入GC Roots中去考虑，才能保证可达性分析的准确性。
小技巧
由于Root 采用栈方式存放变量和指针，所以如果一个指针保存了堆内存里面的对象，但是自己又不存放在堆内存里面，那它就是一个Root
注意
- 如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收，分析工作必须在一个能保障一致性的快照中进行。这点不满足的话分析结果的准确定就无法保证。
- 这点也是导致GC进行时必须STW(Stop The World)的一个重要原因，即使号称不会发生停顿的CMS枚举根节点时也是必须要停顿的

对象的finalization机制

Java语言提供的对象终止(finalization)机制来允许开发人员提供对象销毁之前的自定义处理逻辑
当垃圾回收器发现没有引用指向一个对象，即：垃圾回收此对象之前，总会先调用这个对象的finalize()方法。
finalize()方法允许子类中被重写，用于在对象被回收时进行资源释放。通常在这个方法中进行一些资源释放和清理的工作，比如关闭文件、套接字和数据库连接等。
永远不要主动调用某个对象的finalize()方法，应该交给垃圾回收机制调用。
- 在finalize()时可能会导致对象复活
- finalize()方法的执行时间是没有保障的，它完全由GC线程决定，极端情况下，若不发生GC，则finalize()方法将没有执行机会
- 一个糟糕的finalize()会严重影响GC的性能
由于finalize()方法的存在，虚拟机中的对象一般处于三种可能的状态。
- 可触及的：从根节点开始，可以到达这个对象
- 可复活的：对象的所有引用被释放，但是对象有可能在finalize()中复活
- 不可触及的：对象的finalize()被调用，并且没有复活。不可触及的对象不可能被复活，因为finalize()只会被调用一次。只有这种状态才可以被回收
判定一个对象是否可回收，至少要经历两次标记过程
- 1. 如果对象到GC Roots没有引用链，则进行第一次标记。
- 1. 记性筛选，判断此对象是否有必要执行finalize()方法
  - 如果对象没有重写finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，则虚拟机视为“没有必要执行”，该对象被判定为不可触及的
  - 如果对象重写了finalize()方法，且还未执行过，那么该对象会被插入到F-Queue队列中，由一个虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程触发其finalize()方法执行。
  - finalize()方法是对象逃脱死亡的最后机会，稍后GC会对F-Queue队列中的对象进行第二次标记。如果该对象再finalize()方法中与引用链上的任何一个对象建立了联系，第二次标记时该对象会被移出“即将回收”集合。之后，对象再次出现没有的引用的情况下finalize()不会被再次调用，对象会直接变成不可触及状态，一个对象的finalize()方法只会被调用一次
对象复活的代码演示

package com.zhu.gc;

/**
 * @describe: finalize 复活对象
 * @author: zhuCw
 * @date: 2020/11/24 18:30
 */
public class CanReliveObj {
    /** 类变量，属于GC Root */
    public static CanReliveObj obj;

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("调用当前重写的finalise()方法");
        obj = this;
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            obj = new CanReliveObj();
            obj = null;
            System.gc();
            System.out.println("第一次 gc");
            // 因为finalizer线程优先级很低，暂停2秒等待它执行
            Thread.sleep(2000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj is dead");
            } else {
                System.out.println("obj is still alive");
            }
            obj = null;
            System.gc();
            Thread.sleep(2000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj is dead");
            } else {
                System.out.println("obj is still alive");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}