一挂捅、判斷Java中對象存活的算法

1馅扣、引用計數(shù)器算法：

Java 堆 中每個具體對象（不是引用）都有一個引用計數(shù)器脐恩。當一個對象被創(chuàng)建并初始化賦值后舍肠，該變量計數(shù)設置為1向族。每當有一個地方引用它時呵燕，計數(shù)器值就加1。當引用失效時件相，即一個對象的某個引用超過了生命周期（出作用域后）或者被設置為一個新值時再扭，計數(shù)器值就減1。任何引用計數(shù)為0的對象可以被當作垃圾收集夜矗。當一個對象被垃圾收集時泛范，它引用的任何對象計數(shù)減1。

• 優(yōu)點：
  引用計數(shù)收集器執(zhí)行簡單紊撕，判定效率高罢荡，交織在程序運行中。對程序不被長時間打斷的實時環(huán)境比較有利。
• 缺點：
  難以檢測出對象之間的循環(huán)引用（A對象引用B對象区赵，B對象又引用A對象惭缰，但是A，B對象已不被任何其他對象引用）笼才。同時从媚，引用計數(shù)器增加了程序執(zhí)行的開銷。所以在JDK1.1之后患整，這個算法已經(jīng)不再使用了拜效。

2、可達性分析算法

可達性分析算法也叫根搜索算法各谚，通過一系列的稱為 GC Roots 的對象作為起點紧憾，然后向下搜索。搜索所走過的路徑稱為引用鏈 （Reference Chain）昌渤， 當一個對象到 GC Roots沒有任何引用鏈相連時, 即該對象不可達赴穗，也就說明此對象是 不可用的。

在Java中, 可作為GC Roots的對象包括以下四種：

1. 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
2. 方法區(qū)中靜態(tài)引用指向的對象膀息。也就是類中的 static 修飾的變量所引用的對象
3. 方法區(qū)中常量引用的對象
4. 本地方法棧中JNI（Native方法）的引用的對象
5. 仍處于存活狀態(tài)中的線程對象

如下圖所示: Object5般眉、Object6、Object7 雖然互有關聯(lián), 但它們到GC Roots是不可達的, 因此也會被判定為可回收的對象潜支。

二甸赃、對象引用分類

1. 強引用(Strong Reference)
在代碼中普遍存在的，類似Object obj = new Object()這類引用冗酿，只要強引用還在埠对，垃圾收集器永遠不會回收掉被引用的對象。

2. 軟引用(Sofe Reference)
有用但并非必需 的對象裁替，可用SoftReference類來實現(xiàn)軟引用项玛。在系統(tǒng)將要發(fā)生內存溢出異常之前，將會把這些對象列進回收范圍之中進行二次回收弱判。如果這次回收還沒有足夠的內存襟沮，才會拋出內存溢出異常。

3. 弱引用(Weak Reference)
非必需的對象昌腰，但它的強度比軟引用更弱开伏，被弱引用關聯(lián)的對象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前，JDK提供了WeakReference類來實現(xiàn)弱引用剥哑。無論當前內存是否足夠硅则，用軟引用相關聯(lián)的對象都會被回收掉淹父。

4. 虛引用(Phantom Reference)
虛引用也稱為幽靈引用或幻影引用株婴，是最弱的一種引用關系，JDK提供了PhantomReference類來實現(xiàn)虛引用。為一個對象設置虛引用的唯一目的是：能在這個對象在垃圾回收器回收時收到一個系統(tǒng)通知困介。

三大审、JVM 垃圾回收算法

1、標記-清除算法

標記-清除（Mark-Sweep）算法是現(xiàn)代垃圾回收算法的思想基礎座哩。標記-清除算法將垃圾回收分為兩個階段：標記階段和清除階段徒扶。一種可行的實現(xiàn)是，在標記階段根穷，首先通過根節(jié)點姜骡，標記所有從根節(jié)點開始的可達對象。因此屿良，未被標記的對象就是未被引用的垃圾對象（好多資料說標記出要回收的對象圈澈，其實明白大概意思就可以了）。然后尘惧，在清除階段康栈，清除所有未被標記的對象。

• 優(yōu)點：
  實現(xiàn)簡單喷橙，不需要進行對象進行移動啥么。

• 缺點：
  標記、清除過程效率低贰逾，產(chǎn)生大量不連續(xù)的內存碎片悬荣，提高了垃圾回收的頻率。

如圖：

2疙剑、標記整理算法

標記整理算法 采用和 標記-清除算法 一樣的方式進行對象的標記隅熙，但后續(xù)不直接對可回收對象進行清理，而是將所有的存活對象往一端空閑空間移動核芽，然后清理掉端邊界以外的內存空間囚戚。

• 優(yōu)點：
  解決了標記-清理算法存在的內存碎片問題。
  沒有內存碎片后轧简，對象創(chuàng)建內存分配也更快速了（可以使用TLAB進行分配）驰坊。

• 缺點：
  效率問題，（同標記清除算法）標記和整理兩個過程的效率都不高哮独；
  仍需要進行局部對象移動拳芙，一定程度上降低了效率。

如圖：

3皮璧、復制算法

復制算法可以解決效率問題舟扎，它將可用內存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊悴务，當這一塊內存用完了睹限，就將還存活著的對象復制到另一塊上面譬猫，然后再把已經(jīng)使用過的內存空間一次清理掉，這樣使得每次都是對整個半?yún)^(qū)進行內存回收羡疗，內存分配時也就不用考慮內存碎片等復雜情況染服，只要移動堆頂指針，按順序分配內存即可（還可使用TLAB進行高效分配內存）叨恨。

• 優(yōu)點：
  效率高柳刮，沒有內存碎片（按順序分配內存即可，實現(xiàn)簡單痒钝、運行高效秉颗，不用考慮內存碎片。）
• 缺點：
  可用的內存大小縮小為原來的一半送矩，對象存活率高時會頻繁進行復制站宗，效率將會變低。

如圖：

圖的上半部分是未回收前的內存區(qū)域益愈，圖的下半部分是回收后的內存區(qū)域梢灭。通過圖，我們發(fā)現(xiàn)不管回收前還是回收后都有一半的空間未被利用蒸其。

4敏释、分代收集算法

當前商業(yè)虛擬機都是采用分代收集算法，它根據(jù)對象存活周期的不同將內存劃分為幾塊摸袁，一般是把Java堆分為年輕代钥顽、老年代 和 永久代。然后根據(jù)各個年代的特點采用最適當?shù)氖占惴恐谛律蟹浯螅看卫占及l(fā)現(xiàn)有大批對象死去，只有少量存活蝶怔，就選用復制算法奶浦，而老年代因為對象存活率高，沒有額外空間對它進行分配擔保踢星，就必須使用“標記清理”或者“標記整理”算法來進行回收澳叉。

如圖：

圖的左半部分是未回收前的內存區(qū)域，右半部分是回收后的內存區(qū)域沐悦。

對象分配策略：

1. 對象優(yōu)先在Eden區(qū)域分配成洗，如果對象過大直接分配到Old區(qū)域。
2. 長時間存活的對象進入到Old區(qū)域藏否。

改進復制算法：
現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機都采用這種收集算法來回收新生代瓶殃，IBM公司的專門研究表明，新生代中的對象98%是“朝生夕死”的副签，所以并不需要按照1:1的比例來劃分內存空間遥椿，而是將內存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間基矮，每次使用Eden和其中一塊Survivor 。當回收時修壕，將Eden和Survivor中還存活著的對象一次性地復制到另外一塊Survivor空間上愈捅，最后清理掉Eden和剛才用過的Survivor空間遏考。
HotSpot 虛擬機默認Eden和Survivor的大小比例是8:1慈鸠，也就是每次新生代中可用內存空間為整個新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的內存會被“浪費”灌具。當然青团，98%的對象可回收只是一般場景下的數(shù)據(jù)，我們沒有辦法保證每次回收都只有不多于10%的對象存活咖楣，當Survivor空間不夠用時督笆，需要依賴其他內存（這里指老年代）進行分配擔保（Handle Promotion）。

年輕代诱贿、老年代 和 永久代娃肿，如下圖所示：

圖1

新生代（Young generation）

絕大多數(shù)最新被創(chuàng)建的對象會被分配到這里，由于大部分對象在創(chuàng)建后會很快變得不可達珠十，所以很多對象被創(chuàng)建在新生代料扰，然后消失。對象從這個區(qū)域消失的過程我們稱之為 minor GC焙蹭。

新生代 中存在一個Eden區(qū)和兩個Survivor區(qū)晒杈。新對象會首先分配在Eden中（如果新對象過大，會直接分配在老年代中）孔厉。在GC中拯钻，Eden中的對象會被移動到Survivor中，直至對象滿足一定的年紀（定義為熬過GC的次數(shù)）撰豺，會被移動到老年代粪般。

可以設置新生代和老年代的相對大小。這種方式的優(yōu)點是新生代大小會隨著整個堆大小動態(tài)擴展污桦。參數(shù) -XX:NewRatio 設置老年代與新生代的比例刊驴。例如 -XX:NewRatio=8 指定 老年代/新生代 為8/1. 老年代占堆大小的 7/8，新生代 占堆大小的 1/8（默認即是 1/8）寡润。
例如：

-XX:NewSize=64m -XX:MaxNewSize=1024m -XX:NewRatio=8

老年代（Old generation）

對象沒有變得不可達捆憎，并且從新生代中存活下來，會被拷貝到這里梭纹。其所占用的空間要比新生代多躲惰。也正由于其相對較大的空間，發(fā)生在老年代上的GC要比新生代要少得多变抽。對象從老年代中消失的過程础拨，可以稱之為major GC（或者full GC）氮块。

永久代（permanent generation）

像一些類的層級信息，方法數(shù)據(jù) 和方法信息（如字節(jié)碼诡宗，棧 和 變量大小）滔蝉，運行時常量池（JDK7之后移出永久代），已確定的符號引用和虛方法表等等塔沃。它們幾乎都是靜態(tài)的并且很少被卸載和回收蝠引，在JDK8之前的HotSpot虛擬機中，類的這些永久的 數(shù)據(jù)存放在一個叫做永久代的區(qū)域蛀柴。

永久代一段連續(xù)的內存空間螃概，我們在JVM啟動之前可以通過設置-XX:MaxPermSize的值來控制永久代的大小。但是JDK8之后取消了永久代鸽疾，這些元數(shù)據(jù)被移到了一個與堆不相連的稱為元空間 (Metaspace) 的本地內存區(qū)域吊洼。

小結
JDK8堆內存一般是劃分為年輕代和老年代，不同年代 根據(jù)自身特性采用不同的垃圾收集算法制肮。

對于新生代冒窍，每次GC時都有大量的對象死亡，只有少量對象存活豺鼻∽垡海考慮到復制成本低，適合采用復制算法拘领。因此有了From Survivor和To Survivor區(qū)域意乓。

對于老年代，因為對象存活率高约素，沒有額外的內存空間對它進行擔保届良。因而適合采用標記-清理算法和標記-整理算法進行回收

參考：

JVM垃圾回收算法
JVM系列(五) - JVM垃圾回收算法