深入理解Java虚拟机（二）

秒速五厘米 2022-10-31 13:33 215阅读 0赞

> 第二篇，主要来说一下Java虚拟机的垃圾收集算法。

### 深入理解Java虚拟机（二） ###

*   *  一、判断对象是否 "已死"
     *  二、引用
     *  三、垃圾收集算法（重点）

## 一、判断对象是否 “已死” ##

> 在堆里面存放着Java世界中几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事情就是要确定这些对象之中哪些还“存活”着，哪些已经“死去”（“死去”即不可能再被任何途径使用的对象）。

判断对象是否 “已死” 有两种算法：

*  **引用计数算法**
    
    > 在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方 引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可 能再被使用的。
    
     *  引用计数算法有一个缺点就是：对象objA和objB都有字段instance,赋值令objA.instance = objB及objB.instance = objA，除此之外，这两个对象再无任何引用，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是它们因为互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为零，引用计数算法也就无法回收它们。
 *  **可达性分析算法**
    
    > 这个算法的基本思路就是通过一系列称为“**GC Roots**”的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走过的路径称为“引用链”（Reference Chain），如果某个对象到GC Roots间没有任何引用链相连， 或者用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的。
    
    > 如下图所示，对象object 5、object 6、object 7虽然互有关联，但是它们到GC Roots是不可达的， 因此它们将会被判定为可回收的对象。  
    > ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70]
    
     *  在Java技术体系里面，固定可作为GC Roots的对象包括以下几种：
        
         *  本地变量表中引用的对象
         *  方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。
         *  方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。
         *  JNI中引用的对象
         *  虚拟机中内部的引用
         *  同步锁（synchronized关键字）持有的对象
         *  反映java虚拟机内部情况的JMXBean等

## 二、引用 ##

> 无论是通过引用计数算法判断对象的引用数量，还是通过可达性分析算法判断对象是否引用链可达，判定对象是否存活都和"**引用**"离不开关系。

这里我们分别从强引用、软引用、弱引用和虚引用来学习。

*  **强引用**
    
     *  是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似“Object obj=new Object()”这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象
     *  举例：在ArrayList类中定义了一个私有的变量elementData数组，在调用方法清空数组时可以看到为每个数组内容赋值为null。不同于elementData = null，强引用仍然存在，避免在后续调用 add()等方法添加元素时进行重新的内存分配。使用clear()方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用，这样就可以及时释放内存。
 *  **软引用**
    
     *  用来描述一些还有用，但非必须的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内 存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存， 才会抛出内存溢出异常。在JDK 1.2版之后提供了SoftReference类来实现软引用。
     *  举例应用：
        
         *  这一点可以很好地用来**解决OOM**（系统宕机）的问题
         *  这个特性很适合用来实现**缓存**：比如网页缓存、图片缓存等
 *  **弱引用**
    
     *  用来描述那些非必须对象，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只 能生存到下一次垃圾收集发生为止。当垃圾收集器开始工作，无论当前内存是否足够，都会回收掉只 被弱引用关联的对象。在JDK 1.2版之后提供了WeakReference类来实现弱引用。
     *  应用
        
         *  ThreadLocal中，获取到线程私有对象是通过线程持有的一个threadLocalMap，然后传入ThreadLocal当做key获取到对象的，这时候就有个问题，如果你在使用完ThreadLocal之后，将其置为null，这时候这个对象并不能被回收，因为他还有ThreadLocalMap->entry->key的引用，直到该线程被销毁，但是这个线程很可能会被放到线程池中不会被销毁，这就产生了内存泄露，jdk是通过弱引用来解决的这个问题的，entry中对key的引用是弱引用，当你取消了ThreadLocal的强引用之后，他就只剩下一个弱引用了，所以也会被回收。
 *  **虚引用**
    
     *  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 引用关联的唯一目的只是为了能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在JDK 1.2版之后提供 了PhantomReference类来实现虚引用。

## 三、垃圾收集算法（重点） ##

> 这里主要介绍：分代收集理论、复制算法、标记-整理算法、标记-清除算法。因为有了前者的支撑，才有了后面三种算法的出现。

*  分代收集理论
    
     *  **新生代**：每次垃圾回收后会有大批对象死去，剩下少量的存活对象逐步转移到老年代中存放。也就是说在新生代中存取的对象大多都是朝生夕灭，很难熬过垃圾回收。
     *  **老年代**：熬过越多次垃圾收集过程的对象存取的区域。
    
    > 分代收集理论就是将整个Java堆划分为两个区域，然后将回收对象依据其年龄（年龄即对象熬过垃圾收集过程的次数）分配到不同的区域之中存储（分别是 **新生代** 和 **老年代**）。  
    > 对于新生代每次回收时只关注如何保留少量存活而不是去标记那些大量将要被回收的对象，就能以较低代价回收到大量的空间；对于老年代，虚拟机便可以使用较低的频率来回收这个区域，这就同时兼顾了垃圾收集的时间开销和内存的空间有 效利用。
 *  标记-清除算法
    
     *  算法过程描述： 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，在标记结束之后，统一回收调标记的对象。反过来也可以，标记存活的对象，标记结束之后，统一清除掉没有标记的对象。
     *  **缺点**（主要有两个）：
        
         *  执行效率不稳定；
         *  内存空间碎片化问题，标记，清除之后会产生大量的不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致后期 为较大的对象分配空间的时候无法找到连续的内存空间而再一次的触发垃圾收集动作。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

*  复制算法
    
     *  是一种"半区复制"的垃圾收集算法（为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低 的问题），就是将可用内存按照容量划分为大小相等的两块。每次只是用其中的一块，当这块上的内存用完的时候，将存活的对象复制到另一半内存上，然后再将这块已使用过的内存空间一次性清理掉。
     *  优缺点：
        
         *  实现简单、运行高效
         *  浪费空间（可用内存缩小到原来的一半）
     *  现在的商用Java虚拟机大多都优先采用了这种收集算法去回收新生代
     *  **对其进行改进**，具体方案就是把新生代分为一块较大的Eden空间和两块较小的 Survivor空间，每次分配内存的时候使用Eden和其中的一块Survivor。当发生垃圾收集的时候，将Eden和Survivor里面存活的对象复制另外一块Survivor里面，然后清除掉Eden和那块已使用的Survivor空间。（Eden和Survivor的比例为 8 ：1 ， 也就是说每次新生代的可用内存为90%）。如果有一次存活对象超过10%，也就是另外一块Survivor存不下了，这时候就需要依赖其他内存区域（实 际上大多就是老年代）进行分配担保

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*  标记-整理算法
    
     *  过程：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内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。
     *  缺点就是每次回收都有大量对象存活区域，移动存活对象并更新 所有引用这些对象的地方将会是一种极为负重的操作，而且这种对象移动操作必须全程暂停用户应用 程序才能进行

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0OTIyMTEz_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

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