JVM垃圾回收机制

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作者: 成都校区.驰哥

了解JVM

Java是一门面向对象的语言，具有高可用,分布性，可移植性等众多优势，将代码运行在JVM平台上，强大的JVM与系统底层打交道，从而使程序员从直接与操作系统直接交互中解脱出来,且实现了c++不具备的自动回收垃圾功能,而随着Sun公司和Oracle公司不断的对JVM进行改造,使得JVM性能更加优越。

JVM垃圾回收的意义

在C++中,对象所占用的内存在程序员手动释放之前，无论这个对象是否是一个垃圾，这个对象所占用的内存空间都不会被释放,而这样的无用的对象若长时间的存在于内存之中,势必造成内存紧张,从而影响程序的执行效率,而在Java中,一旦这个对象被视为无用对象之后，JVM会自动将其回收,以便将这个内存赋予给其他需要的对象所使用,但自动的垃圾回收也存在潜在的缺点,JVM需要时时的监控,追踪程序中对象是否可用,也消耗了性能

JVM垃圾回收的原理

了解什么样的对象是一个垃圾

• 传统的教学： 一直以来在传统的教学中,一直强调没有引用的对象是一个垃圾,且给出的说法是我们通过引用去最终找到堆内存中的对象，当这个引用不存在了，我们无法再次调用到这个堆内存中的实例，那么这样的对象是一个垃圾,其实这种说法在JDK1.2以后已经是一种不正确的说法了

• 传统教学对垃圾的定义：以上的说法专业的术语叫做引用计数算法（是Java jdk1.2以前采用的对垃圾定义方式），具体的做法是针对这个对象产生一个计数器,如果有一个引用指向它,那么这个对象的技术+1,若一个引用不再指向它,那么此时计数器-1,当这个对象在某个时刻它的计数器不大于0时,表明这个对象没有引用指向它,那么按照传统教学的说法此时这个对象是一个垃圾,但这种说法在对象出现了循环引用的情况下,该算法将失去意义, 接下来解释什么是循环引用问题

• 循环引用问题：

public class Demo {
    public Demo instance = null;
    public static void main(String[] args) {
         Demo a = new Demo();
         Demo b = new Demo();
         a.instance = b;
         b.instance = a;
         a = null;
         b = null;
    }
}

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在这段代码中,此时demo a中的instance指向了b,demo b中的instance指向了a,此时a到b 的引用，b到a的引用都已经断开,demo a,demo b两个对象都已经无法再次调用,故而两个对象都已经是垃圾,但根据引用计数算法(即传统的教学方式所描述的垃圾)该对象并非垃圾，因为此时a,b都存在互相指向的问题,我们把这样的问题称之为循环引用问题,

--正确判断垃圾的标准：可达性算法

• 通过一系列的“GC ROOTS”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的链称之为引用链(Reachability Analysis),当这个对象不能够到达“GC ROOTS”顶点时，那么这样的对象才算是一个垃圾
  可以作为GC ROOTS 的四种对象 1.本地方法栈中的JNI引用对象 2.方法区中的常量引用对象 3.栈帧中的局部变量表引用的对象 4.方法区中类静态属性引用的对象

  
  
  

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堆内存的内存划分及永久区

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• 在这里需要解释的是在JVM 规范中强调 方法区和堆所属于逻辑上的一个整体,但在JVM具体的实现中,方法区又名no-heap即非堆，这里以实现为主

• 堆分成两类类:

  • 1.年轻代：新生区是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。新生区又分为两部分： Eden space 和幸存者区（Survivor pace） ，所有的类都是在Eden区被new出来的。幸存区有两个： 0区（Survivor 0 space）和1区（Survivor 1 space）。当Eden的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收(Minor GC)，将Eden区中的不再被其他对象所引用的对象进行销毁。然后将Eden中的剩余对象移动到幸存 0区。若幸存 0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到 1 区。那如果1 区也满了呢？再移动到养老区。若养老区也满了，那么这个时候将产生Major GC（FullGC），进行养老区的内存清理。若养老区执行了Full GC之后发现依然无法进行对象的保存，就会产生OOM异常“OutOfMemoryError”,通常Full GC 所消耗的性能是Minor GC的十倍以上

  • 2.年老代：年老代用于保存从新生区筛选出来的 JAVA 对象，一般池对象都在这个区域活跃

• 方法区又名：永久区,永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的 Class,Interface 的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类信息，被装载进此区域的数据是几乎不会被垃圾回收器回收掉的,若要被回收需要满足3个非常苛刻的前提
  1.该类所有的对象都已经被回收
  2.加载该类的类加载器已经被回收
  3.该类的java.lang.Class对象没有被任何地方引用

JVM垃圾回收算法介绍

针对JVM垃圾回收共有4种算法：
1.标记清除算法
2.复制清除算法（分配担保）
3.标记整理算法
4.分代算法

• 1.标记清除算法：
  标记清楚算法共有两个步骤：1.标记 , 2.清除
  此类算法是最基础的算法,首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成之后统一的进行回收所有被标记的对象,之所以说他是最基础的算法,是因为后边两个算法从：时间和空间上对该算法进行了优化
  优点：无
  缺点：造成内存碎片,内存碎片过多,可能会导致以后在程序运行中需要分配大对象时,提前触发minorGC,而效率问题：标记和清除这两个过程效率都不高

• 2.复制清除算法：

• 该算法针只针对年轻代,在JVM规范中将 eden和待复制区域划分划分成1:1,但目前商业版的虚拟机,都采用的是8:1:1,具体的做法是：将内存划分成Eden,s0,s1,新创建的对象存在于Eden区中,当进行minor GC 时,将eden区中的存活的对象移动到s0区域,当再次发生GC 时,eden区做同样的事情,s0区域再将s0区域中存活的对象转移到s1区域中,再发生GC时,Eden,s0做同样的事情,s1将存活的对象重新转移到s0区域中,当s0和s1的转化默认到达15次时，此时会将依然存活的对象,转移到年老代,当s0和s1区域内存不足时,此时会进行分配担保，直接将其放入年老代，至于默认转化的次数，可以通过JVM 参数进行调节
  优点：没有内存碎片,且效率高（前提是：年轻代的对象都易被回收）
  缺点：浪费内存

• 3.标记整理算法：
  上边章节已经描述了年老代中存放的对象都是存活很久的对象,势必意味着这样的对象有大量引用指向它,此时若频繁的像复制清除算法一样移动这样的对象,代价过高，所以做法是先标记,再让这些对象向一段整齐的移动，然后直接清理掉边界以外的内存
  优点：没有内存碎片
  缺点：效率低