Java垃圾回收机制浅析

在C++中，对象所占的内存在程序结束运行之前会一直被占用，在明确释放之前不能分配给其它对象；而在Java中，当没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时，该内存便成为垃圾，JVM的一个系统级线程会对该内存块进行自动释放。

垃圾回收优势：

1.垃圾回收能自动释放内存空间，减轻编程的负担，使java程序员在编写程序时不需要再考虑内存管理的问题。

2.垃圾回收机制使java中的对象不再有“作用域”的概念，只有引用的对象才有“作用域”。

3.垃圾回收机制防止了内存泄露，可以使空闲内存得到有效使用。同时，由于创建对象和垃圾回收器释放丢弃对象所占的内存空间，内存会出现碎片（分配给对象的内存块之间的空闲内存洞），垃圾回收可以清除这些内存记录碎片，也就是将所占用的堆内存移到堆的一端，这样JVM就可以将整理出的内存分配给新的对象。

垃圾回收劣势：

1.垃圾回收机制开销影响程序性能。Java虚拟机必须追踪运行程序中有用的对象，而且最终释放没用的对象，该过程需要花费处理器的时间。

2.垃圾回收算法的不完备性。早先采用的某些垃圾回收算法就不能保证100%收集到所有的废弃内存。当然随着垃圾回收算法的不断改进以及软硬件运行效率的不断提升，这些问题都可以迎刃而解。

垃圾判定常用算法：

1.引用计数法(Reference Counting Collector)

实现原理：给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用这个对象时，计数器值+1；当引用失效时，计数器值-1。任何时刻计数值为0的对象就是不可能再被使用的。这种方式的特点是实现简单，而且效率较高，但是它无法解决循环引用的问题，因此在Java中并没有采用这种方式（Python采用的是引用计数法），具体代码如下图：

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public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();

        object1.object = object2;
        object2.object = object1;

        object1 = null;
        object2 = null;
    }
}

class MyObject{
    public Object object = null;
}

将object1和object2赋值为null后，object1和object2指向的对象已经不可能再被访问，但是由于它们互相引用对方，导致它们的引用计数都不为0，那么垃圾收集器就永远不会回收它们。

因此，Java 里没有采用这样的方案来判定对象的“存活性”。

2.tracing算法(Tracing Collector)

实现原理：把所有引用的对象想象成一棵树，从树的根结点 GC Roots 出发，持续遍历找出所有连接的树枝对象，这些对象则被称为“可达”对象，或称“存活”对象。其余的对象则被视为“死亡”的“不可达”对象，或称“垃圾”。

下图中，object5,object6 和 object7 便是不可达对象，视为“死亡状态”，应该被垃圾回收器回收。

这里写图片描述

在Java语言中，可以作为GCRoots的对象包括下面几种：

(1). 虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。

(2). 方法区中的类静态属性引用的对象。

(3). 方法区中常量引用的对象。

(4). 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。

垃圾收集算法：

由于Java虚拟机规范并没有对如何实现垃圾收集做出明确规定，因此各个厂商的虚拟机可以采用不同的方式来实现垃圾收集，所以只列举几种常见的垃圾收集算法。

1.Mark-Sweep（标记-清除）算法

这里写图片描述

标记-清除算法分为两个阶段，第一阶段先标记出所有需要被回收的对象，第二阶段再回收被标记的对象所占用的空间。这种方式简单方便，但是容易产生内存碎片。

2.Copying（复制）算法

这里写图片描述
实现原理：Copying把可用内存空间均分为两块，每次只使用其中一块，当这块内存被分配完后，会进行垃圾回收，将当前所有存活对象复制到另外一块内存上，当前内存块则全部清空。

该算法实现简单高效，不会产生内存碎片，但是可用内存缩减为原来的一半，如果存活对象很多，效率会大大降低。所以该算法适合于存活对象少，垃圾多的情况。

3.Mark-Compact（标记-整理）算法

实现原理：该算法标记阶段与Mark-Sweep（标记-清除）算法一致，但是第二个阶段不是直接清除，而是将存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。

这里写图片描述

4.Generational Collection（分代收集）算法

实现原理：根据对象的存活周期，将内存划分为不同的区域，一般会划分为老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），可以根据不同代的特点采取最适合的收集算法。

老年代：存放存活了一段时间的对象，这些对象早早就被创建了，而且一直活了下来，这些对象被存放在老年代区。每次垃圾收集时只有少量对象需要被回收，一般使用的是Mark-Compact算法。

新生代：存放的是刚刚创建的对象，在代码运行时会持续不断地创造新的对象，这些新创建的对象会被统一放在此区域。每次垃圾回收时都有大量对象需要被回收，一般使用Copying算法，因为新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象，也就是说需要复制的操作次数较少。

而Copying算法是将内存均等分为两份，实际上是存在问题的。对于新生代而言，新对象持续不断地被创建，如果只有一半可用内存，那显然要持续不断地进行垃圾回收工作，反而影响到了正常程序的运行。

因此，实际上我们是按照8:1:1的比例进行划分的，依次取名为 Eden、Survivor A、Survivor B 区，其中 Eden 意为伊甸园，形容有很多新生对象在里面创建；Survivor区则为幸存者，即垃圾回收后仍然存活下来的对象。

工作原理

1.首先，Eden 区最大，对外提供堆内存。当 Eden 区快要满了，则进行Minor GC（从年轻代空间回收内存被称为 Minor GC），把存活对象放入 Survivor A 区，清空 Eden 区，使Eden区继续对外提供堆内存；

2.当 Eden区再次被填满，此时对 Eden 区和 Survivor A 区同时进行 Minor GC，把存活对象放入 Survivor B 区，同时清空 Eden 区和Survivor A 区；

3.Eden区继续对外提供堆内存，并重复上述过程，即在 Eden 区填满后，把 Eden 区和某个 Survivor 区的存活对象放到另一个 Survivor 区；

4.当某个 Survivor 区被填满，且仍有对象未被复制完毕时，或者某些对象在反复 Survive 15 次左右时，则把这部分剩余对象放到老年代区；

5.当老年代区也被填满时，进行 Major GC（从老年代空间回收内存被称为 Major GC）。

Java垃圾回收机制浅析

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