简述JVM垃圾回收机制

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1. Java中的四种引用类型

在Java中，对于引用最基本的解释就是：如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一个引用（有点指针的意味）。后来Java还将引用划分为了4种，根据被GC回收的时机可以分为：强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantorm Reference）。这4种引用的强度依次渐弱。

1.1 强引用

Object o = new  Object();

这里的o就是一个强引用，也是我们用得最多的引用，在实例化类的时候经常会用到。遇到这类引用，GC（垃圾回收器）是绝对不会回收它的。当遇到内存不足的情况，JVM会抛出OOM异常。所以，在不使用这类对象的时候要注意释放它，以便让系统回收。

1.2 软引用

SoftReference<String> s = new SoftReference<>(new String("Hello"));
System.out.println(w.get());

此时会输出
Hello

这里的s就是一个软引用，它是用来描述一些有用但非必需的对象，当系统内存出现不足的时候，会立即把这些对象进行回收。
软引用可以用来实现内存的缓存，如图片缓存。

1.3 弱引用

WeakReference<String> w = new WeakReference<>(new String("Hello"));
System.out.println(w.get());
System.gc();
System.out.println(w.get());

此时会输出：

Hello
null

弱引用的强度比软引用低一些，一旦GC开始执行，便会对这类对象进行回收。也就是说无论内存足够与否，弱引用对象都只能生存到下一次GC之前。

1.4 虚引用

ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<>(new String("Hello"), queue);
System.out.println(pr.get());

此时会输出：

null

虚引用也称为幽灵引用，它的强度是最低的，一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对它的生存时间构成影响，当然也无法通过虚引用获取一个类的实例，GC任何时候都有可能会回收此对象。它唯一的作用就是就是用于追踪，让我们能够在这个对象被回收的时候收到一个通知。

2.如何判断对象需要被回收

2.1 引用计数法

比较尴尬的是以前刚上Java课的时候，我去问老师JVM是如何确定需要被回收的对象的时候，老师就给我讲了引用计数法，但后来随着学习的深入，我发现主流的JVM都没有采用这一方法，原因是它有很大的一个缺陷，就是难以解决对象之间相互引用问题。
所谓引用计数法，就是在对象内部会有一个引用计数器，一旦某个地方引用它时，计数器就加1，表面上看这是一个效率非常高的方式，但是如果遇到如下情形时，采用了这种方式判断对象是否存活的GC就难以发挥作用了。

public static void main(String[] args) {
    A a = new A();
    B b = new B();
    //a,b循环引用对方
    a.intance = b; //b的引用计数加1
    b.intance = a; //a的引用计数加1
    //虽然a和b都被设置成null了，但它们的引用计数仍然是1，不会被GC回收 
    a = null;
    b = null;
    System.gc();
}

2.2 可达性分析法

相比之下，可达性分析算法就要靠谱得多。所谓可达性分析就是通过一系列被称为“GC Roots”的点作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots不可达的时候，则证明此对象是可回收的。
GC Root
上图中，从GC Root到ObjectC、ObjectE、ObjectF都不可达，所以这三个对象就是会被GC回收的对象。

3.垃圾回收算法

3.1 标记清除法

标记清楚法有两个过程，一是标记过程，即判定需要回收的对象的过程，通过可达性分析便可分析出来。二是清除阶段，这个阶段就是对标记了的对象进行回收。

这种回收算法非常简单粗暴，也很好理解，但是暴露出来问题还是比较大的，需要优化的地方还有很多。一是标记和清除的效率都不是很高。二是执行完GC后会造成大量的内存碎片，如果以后分配大内存对象的的时候无法找到足够大的连续内存，就会频繁触发GC。

3.2 复制算法

为了解决内存碎片问题，复制算法出现了，它将可用内存平均划分为两块，每次只使用其中一块。当这一块用完了，就将还存活的对象复制到另一块，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。这样每次GC的时候都直接回收半个内存空间的大小，不必考虑碎片问题。但这种方法带来的代价也不小，牺牲了一半的存储空间。

3.3 标记整理法

如果在对象存活率较高的时候采用复制算法的话，复制的操作就会有很多，对程序的运行效率也会产生一定的影响，此时就应该考虑标记整理法。标记整理法的执行过成分为3步：1.用与“标记清除法”一样的操作标记存活的对象；2.将被标记的对象全部移动到内存的某一端；3.清除边界以外部分的内存。

3.4 分代回收法

在分代回收算法中，会根据对象的存活周期，将内存划分为几块，一般是新生代（Young Generation）、老年代(Old Generation)、永久代(Permanent Generation)。这样就可以根据不同内存区域的特点执行采用不同的回收算法。像新生代这种经常有大批对象死去的区域，就适合用复制算法。而对于老年代这种对象生存周期较长和永久代这种内存存活率较高，又没有其他担保空间的地方就用标记清除法或标记整理法就行了。

3.4.1 新生代

对于新生代，往往会分为三个区：一个Eden区和两个Survivor区（图中是S0和S1，其实这两个区域没有任何区别，只是取个名字方便叙述）。这样划分后结合复制算法对垃圾进行回收效果和效率都会比较高。具体的工作流程如下：

程序中大部分对象都是在新生代的Eden区域中，当GC来临时，会遵循如下机制：
1.当Eden区域触发GC的时候，将Eden中还存活的对象复制到S0中，再清空Eden区。
2.然后当S0触发GC时候，将S0和Eden中还存活的对象复制到S1中，再清空S0和Eden区。
3.当S1也触发GC的时候,就将此区域内的从S0复制过来并且GC后还存活的对象复制到老年代，再清空S1。
值得注意的是：GC发生的时机是根据剩余内存的大小和具体的算法来决定的，不一定是当内存存满了才触发一次GC。并且这里的GC指的是Minor GC，也就是用一些快速回收算法实现的高效率GC，这种方式只会对新生代进行回收。

3.4.2 老年代

老年代中则存放着新生代复制过来的对象，这些一般都是经历过多次GC存活下来的对象，所以这里的对象生存的时间都比较长。当老年代存满了时候，会调用Full GC也就是对整个堆（包括新生代、老年代、永久代）进行回收，这样的回收更彻底，但是时间也消耗更多。

3.4.3 永久代

永久代一般用来存放一些静态变量，静态方法等，这里一般发生GC的概率比较小，但是一旦存满，也是会直接触发Full GC的。

4.内存分配策略

JVM的一大优势是解决的内存方面的两个重要的问题：自动给对象分配内存和自动回收分配给对象的问题。一般来说，分配对象需要符合以下原则：

4.1 对象优先在Eden分配

当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。

4.2 大对象直接进入老年代

所谓的大对象是指：需要大量连续内存空间的Java对象。最典型的大对象就是那种很长的字符串以及数组。这样可以有效避免大对象在Eden和Survivor之间的频繁复制操作带来的性能开销。（当然我们在写代码的时候也要注意避免写出生命周期太短的大对象，因为这并不符合老年代的特点）

4.3 长期存活的对象将会进入老年代

根据老年代的特点，每当对象熬过了一次Minor GC的时候，它的age就将会增加1，当年龄增长到一定的值时（默认为15岁），它就将进入老年代。

4.4 动态对象年龄判定

对于“老年对象”的判定并不一定是要根据”默认的年龄要求（15岁）“，如果在Survivor空间中相同年龄所有对象的大小的总和大于Survivor空间的一半的时候，年龄大于或等于该年龄的对象将会直接进入老年代。

发布者：全栈程序员-用户IM，转载请注明出处：https://javaforall.cn/132168.html原文链接：https://javaforall.cn

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