【JVM】一篇通关JVM垃圾回收

1. 如何判断对象可以回收

1-1. 引用计数法

引用计数法

• 只要一个对象被其他变量所引用，那么就让这个对象的计数+1
• 如果其他变量不再引用，让这个对象的计数 -1
• 让这个对象的引用计数为 0时，则说明没有变量引用了，就可以作为一个垃圾进行回收

引用计数法弊端

• 循环引用问题，A对象与B对象循环引用，他们的引用计数始终为1，不能作为一个垃圾进行回收
• 出现内存泄漏

1-2. 可达性分析算法

根对象：一些肯定不能作为垃圾的对象

可达性分析算法

• 在垃圾回收之前，会对堆内存所有的对象进行扫描

• 查看每一个对象是不是被根对象直接或间接引用

• 如果是，则不能被垃圾回收

• 如果不是，则可以被垃圾回收

• Java虚拟机中的垃圾回收器采用可达性分析来探索所有存活的对象

• 扫描堆中的对象，看是否能够沿着GC Root对象 (堆中对象) 为起点的引用链找到该对象，找不到，表示堆中对象可以回收

• 哪些对象可以作为GC Root

  • 活动线程中局部变量所引用的堆中对象可以作为根对象

1-3. 四种引用

实线代表强引用

平时用的引用都是强引用，例如：赋值运算

强引用

• 所有 GC Roots 对象都不通过【强引用】引用该对象，该对象才能被垃圾回收。
• Object obj = new Object(); //只要obj还指向Object对象，Object对象就不会被回收 obj = null; //手动置null后会被回收

软引用

• 只有【软引用】引用该对象时，在垃圾回收后，内存仍不足 则会回收软引用对象
• 可以配合【引用队列】来释放软引用自身，因为软引用自身也占用内存
• 在 JDK1.2 之后，用java.lang.ref.SoftReference类来表示软引用。

★应用场景

• 非核心业务资源（比如：图片）被强引用特别多时，有可能报OOM异常，因为强引用是不会被回收的，内存满直接抛异常
• 那么就可以用【软引用】来指向这些资源，当内存不足时，回收这些资源。
• 以后如果再使用图片资源，重新读取一遍。
• 这种特性常常被用来实现缓存技术，比如网页缓存，图片缓存等。
• 在 JDK1.2 之后，用java.lang.ref.SoftReference类来表示软引用。

弱引用

• 只有【弱引用】引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用对象
• 可以配合【引用队列】来释放弱引用自身，因为弱引用自身也占用内存
• 在 JDK1.2 之后，用 java.lang.ref.WeakReference 来表示弱引用。

虚引用

• 必须配合【引用队列】使用
• 例如 ByteBuffer 对象不再【强引用】时， ByteBuffer 对象本身可以被垃圾回收，但是占用的直接内存 是属于操作系统的，无法被回收。
• 那么就可以将【虚引用】放入【引用队列】， 由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法释放【直接内存】
• 如上图，B对象不再引用ByteBuffer对象，ByteBuffer就会被回收。但是直接内存中的内存还未被回收。这时需要将虚引用对象Cleaner放入引用队列中，然后调用它的clean方法来释放直接内存
• 总结：【虚引用】引用的对象被垃圾回收时，【虚引用】被放入【引用队列】，从而由一个线程可以调用【虚引用】对象中的方法执行一系列操作。
• 在 JDK1.2 之后，用 PhantomReference 类来表示

终结器引用

• Object 类中有 finallize() 方法
• 当一个类重写了Object 类中有 finallize() 方法，并且该对象没有被【强引用】时，就可以进行垃圾回收
• 第一次垃圾回收时，将【终结器引用】放入【引用队列】，并且由一个优先级很低的Finalizer线程去寻找【终结器引用】的对象，找到后执行该对象的 finallize() 方法。
• 直到第二次垃圾回收时，才将该对象进行垃圾回收。

软引用使用：

public class Demo1 {
	public static void main(String[] args) {
		final int _4M = 4*1024*1024;
		//list是强引用，byte数组是软引用
		List<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
		SoftReference<byte[]> ref= new SoftReference<>(new byte[_4M]);
	}
}

软引用配合引用队列使用：

public static void main(String[] args) throws IOException {
    ///使用引用队列，用于移除引用为空的软引用
    ReferenceQueue<byte[]> queue=new ReferenceQueue<>();
	
    List<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        //关联了引用队列,当软引用所关联的byte数组被回收时，软引用自己就会加入到引用队列queue中去
        SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB],queue);
        System.out.println(ref.get());
        list.add(ref);
        System.out.println(list.size());
    }
    
    //获取队列中第一个软引用
    Reference<? extends byte[]> poll = queue.poll();
	//遍历引用队列，如果有软引用，则移除
    while(poll!=null){
        list.remove(poll);
        poll=queue.poll();
    }
    System.out.println("=============");
    System.out.println("循环结束：" + list.size());
    for (SoftReference<byte[]> ref : list) {
        System.out.println(ref.get());
    }
}

弱引用使用：

弱引用的使用和软引用类似，只是将 SoftReference 换为了 WeakReference

public static void main(String[] args) {
	//list是强引用，byte数组是弱引用
    List<WeakReference<byte[]>> list=new ArrayList<>();
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        WeakReference<byte[]> ref=new WeakReference<>(new byte[_4MB]);
        list.add(ref);
        for (WeakReference<byte[]> w : list) {
            System.out.print(w.get()+" ");
        }
        System.out.println();
    }
    System.out.println("循环结束："+list.size());
}

2. 垃圾回收算法

2-1. 标记清除

标记清除

在垃圾回收的过程中

• 标记：确定哪些对象是可回收对象，
• 清除：标记好之后，清除可回收对象的内存，并不是将内存空间字节清零，而是记录内存起始地址。

注意：这里的清除并不是将内存空间字节清零，而是记录这段内存的起始地址，下次分配内存的时候，会直接覆盖这段内存。

优点： 速度快

缺点： 容易产生内存碎片。一旦分配较大内存的对象，由于内存不连续，导致无法分配，最后就会造成内存溢出问题

2-2. 标记整理

标记整理

• 先采用标记算法确定可回收对象
• 然后整理剩余的对象内存，将可用的对象内存移动到一起，使内存更加紧凑，连续的空间就更多。

优点：不会有内存碎片

缺点：速度慢

2-3. 复制

复制算法

• 将内存分为等大小的两个区域，FROM和TO（TO中为空）。
• 将被GC Root引用的对象从FROM放入TO中，然后回收不被GC Root引用的对象。
• 回收完之后交换FROM和TO两个区域。这样也可以避免内存碎片的问题，但是会占用双倍的内存空间。

优点：不会有内存碎片

缺点：会占用双倍的内存空间。速度慢

2-4. 总结

• JVM会根据不同的情况来采用这3种算法
• 不会只使用一种算法

3. 分代垃圾回收

堆内存分为新生代和老年代，新生代有划分为伊甸园，幸存区To，幸存区From。

新生代

• 主要存放刚创建的对象

老年代

• 主要存放长时间使用的对象

新生代和老年代会进行不同的垃圾回收算法

3-1. 回收流程

新创建的对象分配在伊甸园

如果新生代空间不足时，触发 Minor GC（minor gc 会引发 stop the world，暂停其它用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行）回收伊甸园和 幸存区 中的垃圾，伊甸园和 from 存活的对象使用 copy 复制到 to 中，存活的对象年龄加 1并且交换 from 和 to，并让幸存区from中的对象寿命加1

当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大寿命是15（4bit） 不同的垃圾回收器阈值会不同

如果老年代空间不足，会先尝试触发Minor GC，回收新生代的垃圾。如果之后空间仍不足，那么触发 Full GC，回收新生代和老年代的垃圾，stop the world的时间更长

如果 Full GC之后，空间仍不足。则触发OutOfMemory - Java heap space0000000

3-2. VM参数分析

VM参数

4. 垃圾回收器

5. 垃圾回收调优