【JVM】垃圾回收

 在前面的博客中讲了Java运行时内存的各个区域，对于程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这些区域而言，他们的声明周期与线程有关，随着线程生而生，随线程亡而亡。

【JVM】运行时数据区-CSDN博客文章浏览阅读536次，点赞13次，收藏9次。JVM 运行时数据区域也叫内存布局，但需要注意的是它和Java 内存模型((Java Memory Model，简称JMM)完全不同，属于完全不同的两个概念，它由以下5大部分组成：本地方法栈、虚拟机栈、程序计数器、方法区、堆区https://blog.csdn.net/qq_45875349/article/details/142249219?spm=1001.2014.3001.5501但是在Java堆中几乎存放着多有的实例对象，这时候如果不对一些“死亡”的对象进行回收就会造成内存空间的浪费，这时候就需要使用到垃圾回收器。；垃圾回收器在堆堆进行垃圾回收前，首先需要判断哪些对象存活，哪些对象已经死去。

1. 死亡对象的判断算法

引用计数算法

引用计数描述的算法为:
给对象增加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就+1;当引用失效时，计数器就-1;任何时刻计数器为0的对象就是不能再被使用的，即对象已"死"
引用计数法实现简单，判定效率也比较高，在大部分情况下都是一个不错的算法。比如Python语言就采用引用计数法进行内存管理。

但是，在主流的VM中没有选用引用计数法来管理内存，最主要的原因就是引用计数法无法解决对象的循环引用问题

可达性分析

在上面我们讲了，Java并不采用引用计数法来判断对象是否已"死"，而采用"可达性分析"来判断对象是否存活(同样采用此法的还有C#、Lisp-最早的一门采用动态内存分配的语言)。
此算法的核心思想为:通过一系列称为"GC Roots"的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称之为"引用链"，当一个对象到GC Roots没有任何的引用链相连时(从GC Roots到这个对象不可达)时，证明此对象是不可用的。以下图为例:

此算法的核心思想为:通过一系列称为"GC Roots"的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称之为"引用链"，当一个对象到GC Roots没有任何的引用链相连时(从GC Roots到这个对象不可达)时，证明此对象是不可用的。以下图为例:

对象Object5-0bject7之间虽然彼此还有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，因此他们会被判定为可回收对象

哪些对象可以作为 GC Roots 呢？

• 虚拟机栈(栈帧中的局部变量表)中引用的对象
• 本地方法栈(Native 方法)中引用的对象
• 方法区中类静态属性引用的对象
• 方法区中常量引用的对象
• 所有被同步锁持有的对象
• JNI（Java Native Interface）引用的对象

从上面我们可以看出“引用”的功能，除了最早我们使用它(引用)来查找对象，现在我们还可以使用”弓用“来判断死亡对象了。所以在JDK1.2 时，Java 对引用的概念做了扩充，将引用分为强引用(StrongReference)、软引用(Soft Reference)、弱引用(Weak Reference)和虛引用(Phantom Reference)四种，这四种引用的强度依次递减。

1. 强引用:强引用指的是在程序代码之中普遍存在的，类似于"Object obj= new Object()"这类的引用，只要强引用还存在，垃圾回收器永远不会回收掉被引用的对象实例。

2. 软引用:软引用是用来描述一些还有用但是不是必须的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出之前，会把这些对象列入回收范围之中进行第二次回收。如果这次回
收还是没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在JDK1.2之后，提供了SoftReference类来实现软引用。
3. 弱引用:弱引用也是用来描述非必需对象的。但是它的强度要弱于软引用。被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾回收发生之前。当垃圾回收器开始进行工作时，无论当前内容是否够用，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK1.2之后提供了WeakReference类来实现弱引用。
4. 虚引用:虚引用也被称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在JDK1.2之后，提供了PhantomReference类来实现虚引用。

2. 垃圾回收算法

将死亡对象标记出来了，标记出来之后我们就可以进行垃圾回收操作了，那么对垃圾进行回收有是使用的什么回收算法？

标记-清除算法

"标记-清除"算法是最基础的收集算法。算法分为"标记"和"清除"两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足加以改进而已。

"标记-清除"算法的不足主要有两个:
1.效率问题:标记和清除这两个过程的效率都不高
2.空间问题:标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行中需要分配较大对象时，无法找到足够连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集。

复制算法

"复制"算法是为了解决"标记-清理"的效率问题。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。当这块内存需要进行垃圾回收时，会将此区域还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已经使用过的内存区域一次清理掉。这样做的好处是每次都是对整个半区进行内存回收，内存分面时也就不需要考虑内存碎片等复杂情况，只需要移动堆顶指针，按顺序分配即可。此算法实现简单，运行高效。算法的执行流程如下图:

虽然改进了标记-清除算法，但依然存在下面这些问题：

• 可用内存变小：可用内存缩小为原来的一半。
• 不适合老年代：如果存活对象数量比较大，复制性能会变得很差。（对象存货数量比较小，那么比较适合复制算法-新生代）

标记-整理算法

分代算法

分代算法和上面讲的3种算法不同，分代算法是通过区域划分，实现不同区域和不同的垃圾回收策略，从而实现更好的垃圾回收。这就好比中国的一国两制方针一样，对于不同的情况和地域设置更符合当地的规则，从而实现更好的管理，这就时分代算法的设计思想。

当前JVM 垃圾收集都采用的是"分代收集(Generational Collection)"算法，这个算法并没有新思想，只委是根据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。在新生代中，次垃圾回收都有大批对象死去，只有少量存活，因此我们采用复制算法;而老年代中对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用"标记-清理"或者"标记-整理"算法。

哪些对象会进入新生代？哪些对象会进入老年代？

新生代:一般创建的对象都会进入新生代;
老年代:大对象和经历了 N 次(一般情况默认是 15 次)垃圾回收依然存活下来的对象会从新生代移动到老年代。

面试题：请问了解Minor Gc和FuI GC么，这两种GC有什么不一样吗？

1. Minor GC又称为新生代GC:指的是发生在新生代的垃圾收集。因为]ava对象大多都具备朝生夕灭的特性，因此Minor GC(采用复制算法)非常频繁，一般回收速度也比较快。

2. Full GC 又称为 老年代GC或者Major GC:指发生在老年代的垃圾收集。出现了Major GC经常会伴随至少一次的Minor GC(并非绝对，在Parallel Scavenge收集器中就有直接进行Full GC的策略选择过程)。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。

3. 垃圾收集器

如果说上面我们讲的收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

垃圾收集器的作用:垃圾收集器是为了保证程序能够正常、持久运行的一种技术，"它是将程序中不用的死亡对象也就是垃圾对象进行清除，从而保证了新对象能够正常申请到内存空间。

自从有了 Java 语言就有了垃圾收集器，这么多垃圾收集器其实是历史发展的产物。

最早的垃圾收集器为 Serial，也就是串行执行的垃圾收集器，Serial 0ld 为串行的老年代收集器，而随着时间的发展，为了提升更高的性能，于是有了 Serial多线程版的垃圾收集器 ParNew。

后来人们想要更高吞吐量 的垃圾收集器，吞吐量是指单位时间内成功回收垃圾的数量，于是就有了吞吐量优先的垃圾收集器 ParallelScavenge(吞吐量优先的新生代垃圾收集器)和 Parallel 0ld(吞吐量优先的老年代垃圾收集器)。随着技术的发展后来又有了 CMS(Concurrent Mark sweep)垃圾收集器，CMS 可以兼顾吞吐量和以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，在 JDK1.8(包含)之前 BS 系统的主流垃圾收集器，而在JDK1.8之后，出现了第一个既不完全属于新生代也不完全属于老年代的垃圾收集器 G1(GarbageFirst)，G1提供了基本不需要停止程序就可以收集垃圾的技术。