JVM学习笔记－垃圾回收器

什么是垃圾回收器

Java垃圾回收器是Java虚拟机(JVM)的三个重要模块(另外两个是解释器和多线程机制)之一，为应用程序提供内存的自动分配(Memory Allocation)、自动回收(Garbage Collect)功能，这两个操作都发生在Java堆上(一段内存快)。某一个时点，一个对象如果有一个以上的引用(Rreference)指向它，那么该对象就为活着的(Live)，否则死亡(Dead)，视为垃圾，可被垃圾回收器回收再利用。垃圾回收操作需要消耗CPU、线程、时间等资源，所以容易理解的是垃圾回收操作不是实时的发生(对象死亡马上释放)，当内存消耗完或者是达到某一个指标(Threshold,使用内存占总内存的比列，比如0.75)时，触发垃圾回收操作。有一个对象死亡的例外，java.lang.Thread类型的对象即使没有引用，只要线程还在运行，就不会被回收。

finalize()和System.gc()

Java的垃圾回收器负责回收无用对象占据的内存资源，但是垃圾回收器只知道释放那些经由new分配的内存所以他不知道如何释放＂特殊＂的内存，如：在分配内存时采用了类似C语言中的做法．为了应对这种情况，java在Object类中定义一个名为finalize()的方法，所有类都继承并可以重写自己的finalize()方法．其工作原理如下：

一旦垃圾回收器准备好释放对象占用的存储空间，将首先调用finalize()方法，并且在下一次垃圾回收动作发生时，才会真正回收对象的内存．

System.gc()是建议启动一个垃圾回收器，（如果内存足够获取其他情况下，并不一定会启动）在释放new分配内存空间之前，将会通过finalize()释放用其他方法分配的内存空间．

所以不应该将finalize()作为通用的清理方法．应牢记这一点：垃圾回收只与内存有关．

垃圾回收器机制

在《thinking in java》中，作者给垃圾回收器起了一个很长的称呼：“自适应的、分代的、停止-复制、标记-清扫”式垃圾回收器，这几个形容词概括了java垃圾回收器的几个重要特点，下面对这几个名词一一解释。

寻找＂活着的对象＂：

１＞引用计数

每个对象都含有一个引用计数器；

当有引用连接至对象的时候，引用计数加1；当引用离开了作用域或者被置为null的时候，引用计数减1；

垃圾回收器会在含有全部对象的列表上遍历，当发现某个对象的引用计数为0时，就释放其占用的空间．

这种方法有个缺陷，如果对象之间存在循环引用，如：

有对象 A 和对象 B，对象 A 中含有对象 B 的引用，对象 B 中含有对象 A 的引用。此时，对象 A 和对象 B 的引用计数器都不为 0。但是在系统中却不存在任何第 3 个对象引用了 A 或 B。也就是说，A 和 B 是应该被回收的垃圾对象，但由于垃圾对象间相互引用，从而使垃圾回收器无法识别，引起内存泄漏．

对垃圾回收器而言，定位这样的交互自引用的对象组所需的工作量极大。引用记数常用来说明垃圾收集的工作方式，但似乎从未被应用于任何一种Java虚拟机实现中。

２＞追溯引用

它们依据的思想是：对任何“活”的对象，一定能最终追溯到其存活在堆栈或静态存储区之中的引用。这个引用链条可能会穿过数个对象层次。

由此，如果从堆栈和静态存储区开始，遍历所有的引用，就能找到所有“活”的对象。对于发现的每个引用，必须追踪它所引用的对象，然后是此对象包含的所有引用，如此反复进行，直到“根源于堆栈和静态存储区的引用”所形成的网络全部被访问为止。您所访问过的对象必须都是“活”的。注意，这就解决了“交互自引用的对象组”的问题——这种现象根本不会被发现，因此也就被自动回收了。

回收垃圾算法

1.标记-清扫

这种算法依据的思想就是：对任何“活”的对象，一定能追溯到它在堆栈或者静态存储区中的“引用”,因此，从静态存储区和堆栈开始，遍历所有引用，就可以找到所有活得对象（注意，这里由静态存储区和堆栈开始，追踪引用指向的对象，然后再解析对象中包含的引用，这样就可以找到所有活的对象）。

1）根据上面的思想，对所有活的对象进行“标记”

2）第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除，所有未标记的对象都被作为垃圾回收并返回空闲列表。



2.停止-复制

如上图所示，标记-清扫算法会有一个很大的问题，就是会产生很多“堆碎片”，为解决这个问题，java垃圾回收器采用了“停止-复制”算法，这种算法的过程如下：

1）首先暂停程序的运行，

2）然后将所有存活的对象从当前堆复制到新堆，没有被复制的对象，全部都是“垃圾”。当被复制到新堆时，对象被重新紧密排列，这样就解决了堆碎片的问题

3）注意，这个算法不是在后台进行的，而是停止当前所有动作，所以叫做停止-复制算法

3.分代

所有的回收器类型都是基于分代技术。Java HotSpot虚拟机包含三代，年轻代(Young Generation)、年老代(Old Generation)、永久代(Permanent Generation)。

永久代

存储类、方法以及它们的描述信息。可以通过-XX:PermSize=64m和-XX:MaxPermSize=128m两个可选项指定初始大小和最大值。通常

我们不需要调节该参数，默认的永久代大小足够了，不过如果加载的类非常多，不够用了，调节最大值即可。

年老代

主要存储年轻代中经过多个回收周期仍然存活从而升级的对象，当然对于一些大的内存分配，可能也直接分配到永久代(一个极端的例子是年轻代根本就存不下)。

年轻代

绝大多数的内存分配回收动作都发生在年轻代。如下图所示,

年轻代被划分为三个区域，原始区(Eden)和两个小的存活区(Survivor)，两个存活区按功能分为From和To。绝大多数的对象都在原始区分配，超过一个垃圾回收操作仍然存活的对象放到存活区。



在新生代中使用复制算法，即Minor-GC，当一些对象经过多次的Minor-GC后还留在新生代，则会被搬移到老年代中。而老年代中使用标记- 清理或标记-整理算法，即Major GC/Full GC。

4.自适应

java虚拟机会自动监视，如果所有对象都很稳定（存在的代数比较多，老年代），则会切换到标记-清理算法。如果堆空间出现很多碎片，则会自动切换回“停止-复制”方式。这就是自适应技术。