一、垃圾回收機(jī)制的意義

　　Java語言中一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是引入了垃圾回收機(jī)制，使c++程序員最頭疼的內(nèi)存管理的問題迎刃而解，它使得Java程序員在編寫程序的時(shí)候不再需要考慮內(nèi)存管理。由于有個(gè)垃圾回收機(jī)制，Java中的對象不再有“作用域”的概念，只有對象的引用才有“作用域”。垃圾回收可以有效的防止內(nèi)存泄露，有效的使用空閑的內(nèi)存。

　　ps:內(nèi)存泄露是指該內(nèi)存空間使用完畢之后未回收，在不涉及復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一般情況下，Java?的內(nèi)存泄露表現(xiàn)為一個(gè)內(nèi)存對象的生命周期超出了程序需要它的時(shí)間長度，我們有時(shí)也將其稱為“對象游離”。

?

二、垃圾回收機(jī)制中的算法

　　Java語言規(guī)范沒有明確地說明JVM使用哪種垃圾回收算法，但是任何一種垃圾回收算法一般要做2件基本的事情：（1）發(fā)現(xiàn)無用信息對象；（2）回收被無用對象占用的內(nèi)存空間，使該空間可被程序再次使用。　　

1.引用計(jì)數(shù)法(Reference Counting Collector)

1.1算法分析　

　　引用計(jì)數(shù)是垃圾收集器中的早期策略。在這種方法中，堆中每個(gè)對象實(shí)例都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)。當(dāng)一個(gè)對象被創(chuàng)建時(shí)，且將該對象實(shí)例分配給一個(gè)變量，該變量計(jì)數(shù)設(shè)置為1。當(dāng)任何其它變量被賦值為這個(gè)對象的引用時(shí)，計(jì)數(shù)加1（a?=?b,則b引用的對象實(shí)例的計(jì)數(shù)器+1），但當(dāng)一個(gè)對象實(shí)例的某個(gè)引用超過了生命周期或者被設(shè)置為一個(gè)新值時(shí)，對象實(shí)例的引用計(jì)數(shù)器減1。任何引用計(jì)數(shù)器為0的對象實(shí)例可以被當(dāng)作垃圾收集。當(dāng)一個(gè)對象實(shí)例被垃圾收集時(shí)，它引用的任何對象實(shí)例的引用計(jì)數(shù)器減1。

1.2優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

　　引用計(jì)數(shù)收集器可以很快的執(zhí)行，交織在程序運(yùn)行中。對程序需要不被長時(shí)間打斷的實(shí)時(shí)環(huán)境比較有利。

缺點(diǎn)：?

　　無法檢測出循環(huán)引用。如父對象有一個(gè)對子對象的引用，子對象反過來引用父對象。這樣，他們的引用計(jì)數(shù)永遠(yuǎn)不可能為0.

1.3引用計(jì)數(shù)算法無法解決循環(huán)引用問題，例如：

?

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;} }

?

　　最后面兩句將object1和object2賦值為null，也就是說object1和object2指向的對象已經(jīng)不可能再被訪問，但是由于它們互相引用對方，導(dǎo)致它們的引用計(jì)數(shù)器都不為0，那么垃圾收集器就永遠(yuǎn)不會回收它們。

2.tracing算法(Tracing Collector) 或?標(biāo)記-清除算法(mark and sweep)

2.1根搜索算法

　　根搜索算法是從離散數(shù)學(xué)中的圖論引入的，程序把所有的引用關(guān)系看作一張圖，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)GC ROOT開始，尋找對應(yīng)的引用節(jié)點(diǎn)，找到這個(gè)節(jié)點(diǎn)以后，繼續(xù)尋找這個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用節(jié)點(diǎn)，當(dāng)所有的引用節(jié)點(diǎn)尋找完畢之后，剩余的節(jié)點(diǎn)則被認(rèn)為是沒有被引用到的節(jié)點(diǎn)，即無用的節(jié)點(diǎn)。

java中可作為GC Root的對象有

　　1.虛擬機(jī)棧中引用的對象（本地變量表）

　　2.方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對象

　　3.?方法區(qū)中常量引用的對象

　　4.本地方法棧中引用的對象（Native對象）

2.2tracing算法的示意圖

　　

2.3標(biāo)記-清除算法分析

　　標(biāo)記-清除算法采用從根集合進(jìn)行掃描，對存活的對象對象標(biāo)記，標(biāo)記完畢后，再掃描整個(gè)空間中未被標(biāo)記的對象，進(jìn)行回收，如上圖所示。標(biāo)記-清除算法不需要進(jìn)行對象的移動，并且僅對不存活的對象進(jìn)行處理，在存活對象比較多的情況下極為高效，但由于標(biāo)記-清除算法直接回收不存活的對象，因此會造成內(nèi)存碎片。

3.compacting算法 或?標(biāo)記-整理算法

?　　標(biāo)記-整理算法采用標(biāo)記-清除算法一樣的方式進(jìn)行對象的標(biāo)記，但在清除時(shí)不同，在回收不存活的對象占用的空間后，會將所有的存活對象往左端空閑空間移動，并更新對應(yīng)的指針。標(biāo)記-整理算法是在標(biāo)記-清除算法的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了對象的移動，因此成本更高，但是卻解決了內(nèi)存碎片的問題。在基于Compacting算法的收集器的實(shí)現(xiàn)中，一般增加句柄和句柄表。

4.copying算法(Compacting Collector)

　　

　　該算法的提出是為了克服句柄的開銷和解決堆碎片的垃圾回收。它開始時(shí)把堆分成?一個(gè)對象?面和多個(gè)空閑面，?程序從對象面為對象分配空間，當(dāng)對象滿了，基于copying算法的垃圾?收集就從根集中掃描活動對象，并將每個(gè)?活動對象復(fù)制到空閑面(使得活動對象所占的內(nèi)存之間沒有空閑洞)，這樣空閑面變成了對象面，原來的對象面變成了空閑面，程序會在新的對象面中分配內(nèi)存。一種典型的基于coping算法的垃圾回收是stop-and-copy算法，它將堆分成對象面和空閑區(qū)域面，在對象面與空閑區(qū)域面的切換過程中，程序暫停執(zhí)行。

5.generation算法(Generational Collector)

　　分代的垃圾回收策略，是基于這樣一個(gè)事實(shí)：不同的對象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對象可以采取不同的回收算法，以便提高回收效率。

年輕代（Young Generation）

　　1.所有新生成的對象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標(biāo)就是盡可能快速的收集掉那些生命周期短的對象。

　　2.新生代內(nèi)存按照8:1:1的比例分為一個(gè)eden區(qū)和兩個(gè)survivor(survivor0,survivor1)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè) Survivor區(qū)(一般而言)。大部分對象在Eden區(qū)中生成?；厥諘r(shí)先將eden區(qū)存活對象復(fù)制到一個(gè)survivor0區(qū)，然后清空eden區(qū)，當(dāng)這個(gè)survivor0區(qū)也存放滿了時(shí)，則將eden區(qū)和survivor0區(qū)存活對象復(fù)制到另一個(gè)survivor1區(qū)，然后清空eden和這個(gè)survivor0區(qū)，此時(shí)survivor0區(qū)是空的，然后將survivor0區(qū)和survivor1區(qū)交換，即保持survivor1區(qū)為空，?如此往復(fù)。

　　3.當(dāng)survivor1區(qū)不足以存放 eden和survivor0的存活對象時(shí)，就將存活對象直接存放到老年代。若是老年代也滿了就會觸發(fā)一次Full GC，也就是新生代、老年代都進(jìn)行回收

　　4.新生代發(fā)生的GC也叫做Minor GC，MinorGC發(fā)生頻率比較高(不一定等Eden區(qū)滿了才觸發(fā))

年老代（Old Generation）

　　1.在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對象，就會被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長的對象。

　　2.內(nèi)存比新生代也大很多(大概比例是1:2)，當(dāng)老年代內(nèi)存滿時(shí)觸發(fā)Major GC即Full GC，Full GC發(fā)生頻率比較低，老年代對象存活時(shí)間比較長，存活率標(biāo)記高。

持久代（Permanent Generation）

　　用于存放靜態(tài)文件，如Java類、方法等。持久代對垃圾回收沒有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate 等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來存放這些運(yùn)行過程中新增的類。

?

三.GC（垃圾收集器）

新生代收集器使用的收集器：Serial、PraNew、Parallel Scavenge

老年代收集器使用的收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS

Serial收集器（復(fù)制算法)

　　新生代單線程收集器，標(biāo)記和清理都是單線程，優(yōu)點(diǎn)是簡單高效。

Serial Old收集器(標(biāo)記-整理算法)

　　老年代單線程收集器，Serial收集器的老年代版本。

ParNew收集器(停止-復(fù)制算法)　

　　新生代收集器，可以認(rèn)為是Serial收集器的多線程版本,在多核CPU環(huán)境下有著比Serial更好的表現(xiàn)。

Parallel?Scavenge收集器(停止-復(fù)制算法)

　　并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般為99%，?吞吐量=?用戶線程時(shí)間/(用戶線程時(shí)間+GC線程時(shí)間)。適合后臺應(yīng)用等對交互相應(yīng)要求不高的場景。

Parallel?Old收集器(停止-復(fù)制算法)

　　Parallel?Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量優(yōu)先

CMS(Concurrent?Mark?Sweep)收集器（標(biāo)記-清理算法）

　　高并發(fā)、低停頓，追求最短GC回收停頓時(shí)間，cpu占用比較高，響應(yīng)時(shí)間快，停頓時(shí)間短，多核cpu?追求高響應(yīng)時(shí)間的選擇

?

四、GC的執(zhí)行機(jī)制

　　由于對象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類型：Scavenge GC和Full GC。

Scavenge GC

?? ?一般情況下，當(dāng)新對象生成，并且在Eden申請空間失敗時(shí)，就會觸發(fā)Scavenge GC，對Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對象，并且把尚且存活的對象移動到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。這種方式的GC是對年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱ο蠖际菑腅den區(qū)開始的，同時(shí)Eden區(qū)不會分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來。

?

Full GC

?? ?對整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因?yàn)樾枰獙φ麄€(gè)堆進(jìn)行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對JVM調(diào)優(yōu)的過程中，很大一部分工作就是對于FullGC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：

　　1.年老代（Tenured）被寫滿

　　2.持久代（Perm）被寫滿?

　　3.System.gc()被顯示調(diào)用?

　　4.上一次GC之后Heap的各域分配策略動態(tài)變化

?

五、Java有了GC同樣會出現(xiàn)內(nèi)存泄露問題

1.靜態(tài)集合類像HashMap、Vector等的使用最容易出現(xiàn)內(nèi)存泄露，這些靜態(tài)變量的生命周期和應(yīng)用程序一致，所有的對象Object也不能被釋放，因?yàn)樗麄円矊⒁恢北籚ector等應(yīng)用著。

Static Vector v = new Vector();? for (int i = 1; i<100; i++)? {?Object o = new Object();?v.add(o);?o = null;? }

　　在這個(gè)例子中，代碼棧中存在Vector?對象的引用?v?和?Object?對象的引用?o?。在?For?循環(huán)中，我們不斷的生成新的對象，然后將其添加到?Vector?對象中，之后將?o?引用置空。問題是當(dāng)?o?引用被置空后，如果發(fā)生?GC，我們創(chuàng)建的?Object?對象是否能夠被?GC?回收呢？答案是否定的。因?yàn)?#xff0c;?GC?在跟蹤代碼棧中的引用時(shí)，會發(fā)現(xiàn)?v?引用，而繼續(xù)往下跟蹤，就會發(fā)現(xiàn)?v?引用指向的內(nèi)存空間中又存在指向?Object?對象的引用。也就是說盡管o?引用已經(jīng)被置空，但是?Object?對象仍然存在其他的引用，是可以被訪問到的，所以?GC?無法將其釋放掉。如果在此循環(huán)之后，?Object?對象對程序已經(jīng)沒有任何作用，那么我們就認(rèn)為此?Java?程序發(fā)生了內(nèi)存泄漏。

2.各種連接，數(shù)據(jù)庫連接，網(wǎng)絡(luò)連接，IO連接等沒有顯示調(diào)用close關(guān)閉，不被GC回收導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

3.監(jiān)聽器的使用，在釋放對象的同時(shí)沒有相應(yīng)刪除監(jiān)聽器的時(shí)候也可能導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的深入理解java垃圾回收机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。