一、GC概述

我們經(jīng)過(guò)細(xì)說(shuō)JVM（Java內(nèi)存區(qū)域劃分AND初探對(duì)象的創(chuàng)建）的學(xué)習(xí)牍白，已經(jīng)知道Java在運(yùn)行時(shí)內(nèi)存分為了五個(gè)部分：程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧抖棘、本地方法棧茂腥、堆狸涌、方法區(qū)。其中程序計(jì)數(shù)器最岗、虛擬機(jī)棧帕胆、本地方法棧所占用的內(nèi)存是不需要垃圾收集的，這三個(gè)區(qū)域的內(nèi)存隨著線(xiàn)程生般渡，隨著線(xiàn)程死懒豹，我們需要關(guān)注的其實(shí)只有堆和方法區(qū)這兩塊內(nèi)存的垃圾收集。

二驯用、對(duì)象的生與死

我們?cè)?a href="http://www.reibang.com/p/0888f13c71f2" target="_blank">細(xì)說(shuō)JVM（Java內(nèi)存區(qū)域劃分AND初探對(duì)象的創(chuàng)建）中已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)了JVM中對(duì)象的創(chuàng)建脸秽，那么我們現(xiàn)在就來(lái)學(xué)習(xí)一下如何判斷一個(gè)堆中的對(duì)象是否已經(jīng)死亡，畢竟我們只有在確定一個(gè)對(duì)象已經(jīng)死了以后蝴乔，我們才可以把這個(gè)對(duì)象占用的內(nèi)存回收记餐。
我們需要先定義對(duì)象什么時(shí)候算是死亡：不可能再被任何途徑使用的對(duì)象
然后我們來(lái)看一下判斷對(duì)象是否死亡的相關(guān)算法：

1、引用計(jì)數(shù)算法

思想：給對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器薇正，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)片酝，計(jì)數(shù)器加1；當(dāng)引用失效時(shí)挖腰，計(jì)數(shù)器減1雕沿；任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象就是不可能再被使用的。

使用狀況：引用計(jì)數(shù)算法是在JVM中被摒棄的一種對(duì)象存活判定算法猴仑，不過(guò)它也有一些知名的應(yīng)用場(chǎng)景（如Python晦炊、FlashPlayer）。

優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：引用計(jì)數(shù)算法的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單宁脊，判定效率也很高断国，大部分情況下是一個(gè)不錯(cuò)的算法。它沒(méi)有被JVM采用的原因是它很難解決對(duì)象之間循環(huán)引用的問(wèn)題榆苞。例如如下代碼：

/** * testGC()方法執(zhí)行后稳衬，objA和objB會(huì)不會(huì)被GC呢？ */
public class ReferenceCountingGC {

    public Object instance = null;

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    /** * 這個(gè)成員屬性的唯一意義就是占點(diǎn)內(nèi)存坐漏，以便在能在GC日志中看清楚是否有回收過(guò) */
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];

    public static void testGC() {
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;

        objA = null;
        objB = null;

        // 假設(shè)在這行發(fā)生GC薄疚，objA和objB是否能被回收？
        System.gc();
    }
    public static void main(String[] args) {
        testGC();
    }
}

在上面這段代碼中赊琳，對(duì)象objA 和對(duì)象objB都有字段instance街夭，賦值令objA.instance = objB;、objB.instance = objA;躏筏，除此之外板丽，這兩個(gè)對(duì)象再無(wú)引用。如果JVM采用引用計(jì)數(shù)算法來(lái)管理內(nèi)存，這兩個(gè)對(duì)象不可能再被訪(fǎng)問(wèn)埃碱，但是他們互相引用著對(duì)方猖辫，導(dǎo)致它們引用計(jì)數(shù)不為0，所以引用計(jì)數(shù)器無(wú)法通知GC收集器回收它們砚殿。
但是如果運(yùn)行這段代碼啃憎，分析一下這段代碼的GC日志

TIM截圖20180731152235.png

我們就可以發(fā)現(xiàn)其實(shí)這兩個(gè)對(duì)象所占用的內(nèi)存已經(jīng)被回收了，所以在JVM的垃圾收集器中并沒(méi)有使用這種算法來(lái)判斷對(duì)象是否死亡似炎。（這里可以通過(guò)虛擬機(jī)參數(shù)-XX:+PrintGC來(lái)打印簡(jiǎn)單的GC日志）

2辛萍、可達(dá)性分析算法

思想：
通過(guò)一系列的稱(chēng)為“GC Roots”的對(duì)象作為起點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)向下搜索羡藐，搜索所走過(guò)的路徑稱(chēng)為引用鏈（Reference Chain）贩毕，當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒(méi)有任何引用鏈相連（用圖論的話(huà)來(lái)說(shuō)，就是GC Roots 到這個(gè)對(duì)象不可達(dá)）時(shí)传睹，則證明此對(duì)象時(shí)不可用的耳幢。用下圖來(lái)加以說(shuō)明：

0635cbe8.png

上圖中岸晦，對(duì)象object 5欧啤、object 6、object 7雖然互有關(guān)聯(lián)启上，但是它們到GC Roots是不可達(dá)的邢隧，所以它們將會(huì)被判定為是可回收的對(duì)象。

首先你可能不太懂“GC Roots”是什么東西冈在，在Java中倒慧，可作為GC Roots的對(duì)象包括以下幾種：

• 虛擬機(jī)棧（棧幀中的局部變量表，Local Variable Table）中引用的對(duì)象包券。
• 方法區(qū)中類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象纫谅。
• 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象。
• 本地方法棧中JNI（即一般說(shuō)的Native方法）引用的對(duì)象溅固。

然后你可能會(huì)疑惑為啥為啥要用這些對(duì)象作為"GC Roots"付秕，這里我找了一些資料，初步得出的結(jié)論是因?yàn)檫@些對(duì)象是存活的侍郭，我們只能通過(guò)一個(gè)活的對(duì)象來(lái)判斷和它有關(guān)系的對(duì)象是存活的询吴，因此選用這些區(qū)域內(nèi)引用的對(duì)象作為GC Roots。其中虛擬機(jī)棧和本地方法棧都是線(xiàn)程私有的內(nèi)存區(qū)域亮元，只要線(xiàn)程沒(méi)有終止猛计，就能確保它們中引用的對(duì)象的存活。而方法區(qū)中類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象是顯然存活的爆捞。常量引用的對(duì)象在當(dāng)前可能存活奉瘤，因此，也可能是GC roots的一部分煮甥。

三毛好、在Java中的引用分類(lèi)

從JDK1.2版本開(kāi)始望艺，加入了對(duì)象的幾種引用級(jí)別，從而使程序能夠更好的控制對(duì)象的生命周期肌访，幫助開(kāi)發(fā)者能夠更好的緩解和處理內(nèi)存泄露的問(wèn)題找默。

這幾種引用級(jí)別由高到低分別為：強(qiáng)引用、軟引用吼驶、弱引用和虛引用惩激。

強(qiáng)引用：

平時(shí)我們編程的時(shí)候例如：Object object=new Object（）；那object就是一個(gè)強(qiáng)引用了蟹演。如果一個(gè)對(duì)象具有強(qiáng)引用风钻，那就類(lèi)似于必不可少的生活用品，垃圾回收器絕不會(huì)回收它酒请。當(dāng)內(nèi)存空 間不足骡技，Java虛擬機(jī)寧愿拋出OutOfMemoryError錯(cuò)誤，使程序異常終止羞反，也不會(huì)靠隨意回收具有強(qiáng)引用的對(duì)象來(lái)解決內(nèi)存不足問(wèn)題布朦。

軟引用（SoftReference）：

如果一個(gè)對(duì)象只具有軟引用，那就類(lèi)似于可有可物的生活用品昼窗。如果內(nèi)存空間足夠是趴，垃圾回收器就不會(huì)回收它，如果內(nèi)存 空間不足了澄惊，就會(huì)回收這些對(duì)象的內(nèi)存唆途。只要垃圾回收器沒(méi)有回收它，該對(duì)象就可以被程序使用掸驱。軟引用可用來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存肛搬。 軟引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果軟引用所引用的對(duì)象被垃圾回收毕贼，Java虛擬機(jī)就會(huì)把這個(gè)軟引用加入到與之關(guān)聯(lián) 的引用隊(duì)列中温赔。

弱引用（WeakReference）：

如果一個(gè)對(duì)象只具有弱引用，那就類(lèi)似于可有可物的生活用品帅刀。弱引用與軟引用的區(qū)別在于：只具有弱引用的對(duì)象擁有更短暫的生命周期让腹。在垃圾回收器線(xiàn)程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)了只具有弱引用的對(duì)象扣溺，不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否骇窍，都會(huì)回收它的內(nèi)存。不過(guò)锥余，由于垃圾回收器是一個(gè)優(yōu)先級(jí)很低的線(xiàn)程腹纳， 因此不一定會(huì)很快發(fā)現(xiàn)那些只具有弱引用的對(duì)象。 弱引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果弱引用所引用的對(duì)象被垃圾回收嘲恍，Java虛擬機(jī)就會(huì)把這個(gè)弱引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中足画。

虛引用（PhantomReference）：

“虛引用”顧名思義，就是形同虛設(shè)佃牛，與其他幾種引用都不同淹辞，虛引用并不會(huì)決定對(duì)象的生命周期。如果一個(gè)對(duì)象 僅持有虛引用俘侠，那么它就和沒(méi)有任何引用一樣象缀，在任何時(shí)候都可能被垃圾回收。 虛引用主要用來(lái)跟蹤對(duì)象被垃圾回收的活動(dòng)爷速。虛引用與軟引用和弱引用的一個(gè)區(qū)別在于：虛引用必須和引用隊(duì)列 （ReferenceQueue）聯(lián)合使用央星。當(dāng)垃圾回收器準(zhǔn)備回收一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用惫东，就會(huì)在回收對(duì)象的內(nèi)存之前莉给，把這個(gè)虛引用加入到與之 關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。程序可以通過(guò)判斷引用隊(duì)列中是否已經(jīng)加入了虛引用廉沮，來(lái)了解被引用的對(duì)象是否將要被垃圾回收颓遏。程序如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)虛引用已經(jīng)被加入到引用隊(duì) 列，那么就可以在所引用的對(duì)象的內(nèi)存被回收之前采取必要的行動(dòng)废封。

四州泊、對(duì)象的死亡過(guò)程

即使在可達(dá)性分析算法中不可達(dá)的對(duì)象丧蘸，也不是一定會(huì)死亡的漂洋，它們暫時(shí)都處于“緩刑”階段，要真正宣告一個(gè)對(duì)象“死亡”力喷，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過(guò)程：

如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有與 GC Roots相連接的引用鏈刽漂，那它將會(huì)被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選，篩選的條件是此對(duì)象是否有必要執(zhí)行finaliza()方法弟孟。當(dāng)對(duì)象沒(méi)有覆蓋finaliza()方法贝咙，或者finaliza()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過(guò)，虛擬機(jī)將這兩種情況都視為“沒(méi)有必要執(zhí)行”拂募。

如果這個(gè)對(duì)象被判定為有必要執(zhí)行finaliza()方法庭猩，那么此對(duì)象將會(huì)放置在一個(gè)叫做F-Queue的隊(duì)列中，并在稍后由一個(gè)虛擬機(jī)自動(dòng)建立的陈症、低優(yōu)先級(jí)的Finalizer線(xiàn)程去執(zhí)行它蔼水。這里所謂的“執(zhí)行”是指虛擬機(jī)會(huì)觸發(fā)此方法，但并不承諾會(huì)等待它運(yùn)行結(jié)束录肯，原因是：如果一個(gè)對(duì)象在finaliza()方法中執(zhí)行緩慢趴腋，或者發(fā)生了死循環(huán)（更極端的情況），將很可能導(dǎo)致F-Queue隊(duì)列中的其它對(duì)象永久處于等待，甚至導(dǎo)致整個(gè)內(nèi)存回收系統(tǒng)崩潰优炬。

finaliza()方法是對(duì)象逃脫死亡命運(yùn)的最后一次機(jī)會(huì)颁井，稍后GC將對(duì)F-Queue 隊(duì)列中的對(duì)象進(jìn)行第二次小規(guī)模的標(biāo)記。如果對(duì)象想在finaliza()方法中成功拯救自己蠢护，只要重新與引用鏈上的任何一個(gè)對(duì)象建立關(guān)聯(lián)即可雅宾，例如把自己（this關(guān)鍵字）賦值給某個(gè)類(lèi)變量或者對(duì)象的成員變量，這樣在第二次標(biāo)記時(shí)它將被移出“即將回收”的集合葵硕；如果對(duì)象這時(shí)候還沒(méi)有逃脫秀又，基本上它就真的被回收了。下面是《深入理解Java虛擬機(jī)》中的一個(gè)代碼示例：

/**
 * 此代碼演示了兩點(diǎn)： 
 * 1.對(duì)象可以在被GC時(shí)自我拯救贬芥。 
 * 2.這種自救的機(jī)會(huì)只有一次吐辙，因?yàn)橐粋€(gè)對(duì)象的finalize()方法最多只會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用一次
 * @author zzm
 */
public class FinalizeEscapeGC {

    public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;

    public void isAlive() {
        System.out.println("yes, i am still alive :)");
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize mehtod executed!");
        FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
    }

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();

        //對(duì)象第一次成功拯救自己
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        // 因?yàn)镕inalizer方法優(yōu)先級(jí)很低，暫停0.5秒蘸劈，以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no, i am dead :(");
        }

        // 下面這段代碼與上面的完全相同昏苏，但是這次自救卻失敗了
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        // 因?yàn)镕inalizer方法優(yōu)先級(jí)很低，暫停0.5秒威沫，以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no, i am dead :(");
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果

TIM截圖20180731155938.png

值得注意的是贤惯，如果代碼中有兩段一模一樣的代碼段，執(zhí)行結(jié)果卻是一次逃脫成功棒掠，一次失敗孵构。這是因?yàn)槿魏我粋€(gè)對(duì)象的finalize()方法都只會(huì)被系統(tǒng)調(diào)用一次，如果對(duì)象面臨下一次回收烟很，它的finalize()方法不會(huì)再被執(zhí)行颈墅，因此第二次逃脫行動(dòng)失敗。

需要說(shuō)明的是雾袱，使用finalize()方法來(lái)“拯救”對(duì)象是不值得提倡的恤筛，因?yàn)樗皇荂/C++中的析構(gòu)函數(shù)，而是Java剛誕生時(shí)為了使C/C++程序員更容易接受它所做的一個(gè)妥協(xié)芹橡。它的運(yùn)行代價(jià)高昂毒坛，不確定性大，無(wú)法保證各個(gè)對(duì)象的調(diào)用順序林说。finalize()能做的工作煎殷，使用try-finally或者其它方法都更適合、及時(shí)腿箩，所以筆者建議大家可以忘掉此方法存在豪直。

五、回收方法區(qū)

很多人以為方法區(qū)（或者HotSopt VM中的永久代）是沒(méi)有垃圾收集的度秘，Java虛擬機(jī)規(guī)范中確實(shí)說(shuō)過(guò)可以不要求虛擬機(jī)在方法區(qū)實(shí)現(xiàn)垃圾收集顶伞，而且性?xún)r(jià)比一般較低饵撑，在對(duì)的新生代生一般能回收70%~95%的空間，而永久代遠(yuǎn)低于此唆貌。

永久代的垃圾手機(jī)主要回收兩部分內(nèi)容：廢棄常量和無(wú)用的類(lèi)滑潘。 回收廢棄常量與回收J(rèn)ava堆中的對(duì)象非常相似。以常量池中字面量的回收為例锨咙，若字符串“abc”已經(jīng)進(jìn)入常量池中语卤，但當(dāng)前系統(tǒng)沒(méi)有任何String對(duì)象引用常量池中的“abc”常量，也沒(méi)有其他地方引用該字面量酪刀，若發(fā)生內(nèi)存回收粹舵，且必要的話(huà)，該“abc”就會(huì)被系統(tǒng)清理出常量池骂倘。常量池中其他的類(lèi)（接口）眼滤、方法、字段的符號(hào)引用與此類(lèi)似历涝。

無(wú)用的類(lèi)需要滿(mǎn)足3個(gè)條件：

（1）該類(lèi)所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收诅需，即Java堆中不存在該類(lèi)的任何實(shí)例；
（2）加載該類(lèi)的ClassLoader已經(jīng)被回收荧库；
（3）該類(lèi)對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有在任何地方被引用堰塌，無(wú)法在任何地方通過(guò)反射訪(fǎng)問(wèn)該類(lèi)的方法。

虛擬機(jī)可以對(duì)滿(mǎn)足上述3個(gè)條件的無(wú)用類(lèi)進(jìn)行回收分衫，此處僅僅是“可以”场刑，而并不是和對(duì)象一樣（不使用了就必然回收）