從上一篇文章《JVM內(nèi)存模型相關(guān)基本概念》中我們可以了解到痰憎，java內(nèi)存運(yùn)行時(shí)區(qū)域中的程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧猖辫、本地方法棧3個(gè)區(qū)域隨線程而生售貌，隨線程而滅。在這幾個(gè)區(qū)域內(nèi)就不需要過(guò)多考慮回收的問(wèn)題丙号，因?yàn)榉椒ńY(jié)束或者線程結(jié)束時(shí)先朦，內(nèi)存自然就跟隨著回收了。而堆和方法區(qū)則不同槽袄，一個(gè)接口的實(shí)現(xiàn)是多種多樣的烙无，多個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)需要的內(nèi)存可能不一樣，一個(gè)方法中多個(gè)分支需要的內(nèi)存也不一樣遍尺，我們只能在程序運(yùn)行的期間知道需要?jiǎng)?chuàng)建那些對(duì)象截酷，分配多少內(nèi)存，這部分的內(nèi)存分配和回收都是動(dòng)態(tài)的乾戏，垃圾收集器所關(guān)注的也是這一部分內(nèi)容迂苛，后續(xù)所說(shuō)的“內(nèi)存”分配與回收也是指這一部分的內(nèi)在。

垃圾回收

1. 如何判斷對(duì)象已死

垃圾收集器在對(duì)堆進(jìn)行回收之前鼓择，第一件事情就是要確定哪些對(duì)象還活著三幻，哪些對(duì)象已經(jīng)死去可以進(jìn)行回收。判斷對(duì)象是否存活主要有以下方法:

• 引用計(jì)數(shù)法：
  給對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器呐能，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)念搬，計(jì)數(shù)器值就加1；當(dāng)引用失效時(shí)摆出，計(jì)數(shù)器值就減1朗徊；當(dāng)計(jì)數(shù)器值為0時(shí)，就表明這個(gè)對(duì)象已經(jīng)死亡（java虛擬機(jī)中并沒(méi)有采用這種方式來(lái)管理內(nèi)存偎漫，因?yàn)槠洳荒苡行У慕鉀Q對(duì)象之間的相互引用的問(wèn)題）爷恳。

• 可達(dá)性分析算法：
  可達(dá)性分析引入了GC Root的概念，以GC Root的對(duì)象作為起始點(diǎn)象踊，從這些節(jié)點(diǎn)開(kāi)始向下搜索温亲，搜索所走過(guò)的路徑稱為引用鏈（Reference Chain），當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Root沒(méi)有任何引用鏈相連時(shí)杯矩，則證明這個(gè)對(duì)象是不可用的已經(jīng)死亡栈虚，此對(duì)象將會(huì)被虛擬機(jī)判定為是可回收的對(duì)象。

可達(dá)性分析算法判定對(duì)象是否存活.png

在Java語(yǔ)言中菊碟，可作為GC Roots的對(duì)象包括下面幾種：

1. 虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對(duì)象节芥。
2. 方法區(qū)中類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象。
3. 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象逆害。
4. 本地方法棧中JNI（Native 方法）引用的對(duì)象头镊。

2. Java中對(duì)引用的定義

在JDK1.2之前，Java中的引用的定義很傳統(tǒng)：如果reference類(lèi)型的數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的數(shù)值代表的是另一塊內(nèi)存的起始地址魄幕，就稱這塊內(nèi)存代表著一個(gè)引用相艇。JDK1.2之后，將引用分為強(qiáng)引用（Strong Reference）纯陨、軟引用（Soft Reference）坛芽、弱引用（Weak Reference）、虛引用（Phantom Reference）四種翼抠，四種引用強(qiáng)度依次逐漸減弱咙轩。

• 強(qiáng)引用： 程序中普遍存在的，類(lèi)似 Object obj = new Object () 阴颖；這類(lèi)的引用活喊，只要強(qiáng)引用存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)回收掉被引用的對(duì)象量愧。

• 軟引用： 描述一些還有用但并非必需的對(duì)象钾菊。對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)著的對(duì)象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前偎肃，將會(huì)把這些對(duì)象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收煞烫。如果這次回收還沒(méi)有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常累颂。

• 弱引用： 也是用來(lái)描述有用但并非必需對(duì)象的滞详，但它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下次垃圾收集發(fā)生之前紊馏。當(dāng)垃圾收集器工作時(shí)料饥，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象瘦棋。

• 虛引用：也被稱為幽靈引用或者幻影引用稀火，它是最弱的一種引用關(guān)系。一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在赌朋，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響凰狞，也無(wú)法通過(guò)虛引來(lái)取得對(duì)象的實(shí)例，虛引用的唯一目的就是能在這個(gè)對(duì)象被收集器回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知沛慢。

詳情參考：java中的四種引用類(lèi)型

3. Finalize方法（一個(gè)有趣的對(duì)象自救案例）

要真正宣告一個(gè)對(duì)象死亡赡若，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)有存在與GC Root相連接的引用鏈团甲，那它將會(huì)被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行一次篩選逾冬，篩選的條件是對(duì)象是否有必要執(zhí)行finalize()方法。當(dāng)對(duì)象沒(méi)有覆蓋，或者finalize()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過(guò)身腻，虛擬機(jī)將這兩種情況都視為沒(méi)有必要執(zhí)行产还。

public class ObjectSaveTest {

    public static ObjectSaveTest 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 is executed!!");
        SAVE_HOOK =  this;
    }

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

        //對(duì)象第一次成功拯救自己   在finalize方法中，重新關(guān)聯(lián)上引用
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();

        Thread.sleep(500);

        if(SAVE_HOOK != null){
            SAVE_HOOK.isAlive();
        }else {
            System.out.println("no , i am dead :( ");
        }


        //對(duì)象第一次未能成功拯救自己
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();

        Thread.sleep(500);

        if(SAVE_HOOK != null){
            SAVE_HOOK.isAlive();
        }else {
            System.out.println("no , i am dead :( ");
        }
    }
}

4. 回收方法區(qū)

方法區(qū)（HotSpot虛擬機(jī)中的永久代）的垃圾收集主要回收兩部分的內(nèi)容：廢棄常量和無(wú)用的類(lèi)嘀趟。

• 廢棄常量：假如常量池中存在一個(gè)字符串a(chǎn)bc脐区，如果當(dāng)前系統(tǒng)沒(méi)有任何Stirng對(duì)象引用常量池的abc常量，也沒(méi)有其他地方引用了這個(gè)字面量她按，這個(gè)時(shí)候發(fā)生內(nèi)存回收這個(gè)常量就會(huì)被清理出常量池牛隅。常量池中的其他類(lèi)（接口）、方法酌泰、字段的符號(hào)引用也于此類(lèi)似媒佣。

• 無(wú)用的類(lèi)：滿足以下三天條件的類(lèi)才能算是無(wú)用的類(lèi)。

  1. 該類(lèi)所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收陵刹，就是Java堆中不存在該類(lèi)的任何實(shí)例默伍。

  2. 加載該類(lèi)的ClassLoader已經(jīng)被回收。

  3. 該類(lèi)對(duì)用的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有在任何地方被引用授霸，無(wú)法再任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類(lèi)的方法巡验。

5. 垃圾收集算法

• 標(biāo)記—清除算法（Mark-Sweep）：
  算法分為標(biāo)記和清除兩個(gè)階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的
  對(duì)象碘耳。

  它的不足主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是效率問(wèn)題显设，標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程的效率都不高；另一個(gè)是空間問(wèn)
  題辛辨，標(biāo)記清楚之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片捕捂，空間碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致以后再程序運(yùn)行過(guò)程中需要
  分配較大的對(duì)象時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作斗搞。

• 復(fù)制算法（Copying）：
  復(fù)制算法將可用內(nèi)存按照容量劃分為大小相等的兩塊指攒，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這塊的內(nèi)存用完了僻焚，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面允悦，然后再把已使用過(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉。這樣使得每次都是對(duì)整個(gè)半?yún)^(qū)進(jìn)行內(nèi)存回收虑啤，內(nèi)存分配時(shí)也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況隙弛，只要移動(dòng)堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可狞山。

  它的不足主要體現(xiàn)在將內(nèi)存縮小為了原來(lái)的一半全闷。

  大部分的商業(yè)虛擬機(jī)的新生代都是采用復(fù)制算法來(lái)進(jìn)行垃圾回收的，新生代中的內(nèi)存空間主要?jiǎng)澐譃橐粔K較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間萍启，每次使用Eden和其中一塊Survivor空間总珠。當(dāng)回收時(shí)屏鳍，將Eden和Survivor中還存活著的對(duì)象復(fù)制到另一塊Survivor空間上，最后再清理掉Eden和剛才的Survivor空間局服。HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn) Eden和Survivor的大小比例為8：1钓瞭。但在實(shí)際垃圾收集過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)另一塊Survivor空間不足以存放上一次新生代收集下來(lái)的存活對(duì)象時(shí)腌逢，這時(shí)候就需要借助老年代的內(nèi)存進(jìn)行擔(dān)保分配降淮，這些對(duì)象將通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制直接進(jìn)入老年代區(qū)域超埋。

• 標(biāo)記—整理算法（Mark-Compact）：
  復(fù)制算法在對(duì)象存活率較高的情況下就要進(jìn)行較多的復(fù)制操作搏讶，效率將會(huì)變低。而JVM的老年代區(qū)域主要用來(lái)存放應(yīng)用程序中生命周期長(zhǎng)的內(nèi)存對(duì)象霍殴，因此不適合采用復(fù)制算法媒惕。根據(jù)老年代的特點(diǎn)產(chǎn)生了標(biāo)記整理算法，讓所有存活著的對(duì)象都向一端移動(dòng)来庭，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存妒蔚。這樣做的好處是不會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存空間，適合老年代的大對(duì)象存儲(chǔ)月弛。

• 分代收集算法：
  根據(jù)對(duì)象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊肴盏。一般是把java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

  在新生代中帽衙，每次垃圾收集時(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對(duì)象死去菜皂，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法厉萝。只需要付出少量存活對(duì)象的復(fù)制成本就可以完成收集恍飘。

  老年代中因?yàn)閷?duì)象存活率高、沒(méi)有額外空間對(duì)他進(jìn)行分配擔(dān)保谴垫，就必須用標(biāo)記-清除或者標(biāo)記-整理章母。

6. 垃圾收集器

• Serial收集器：
  Serial收集器是一個(gè)單線程的收集器，它只會(huì)使用一個(gè)CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作翩剪，更為重要的是它在進(jìn)行垃圾收集時(shí)乳怎，必須暫停其他其他所有的工作線程，直到其收集結(jié)束前弯。

Serial收集器

• ParNew收集器：
  ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本蚪缀，除了使用了多線程進(jìn)行收集之外，其余行為和Serial收集器一樣博杖。
  

  ParNew收集器

• Parallel Scavenge 收集器：
  Parallel Scavenge收集器是一個(gè)使用復(fù)制算法的新生代并行多線程收集器椿胯，其提供了可控制的吞吐量（就是CPU用于運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間與CPU總消耗時(shí)間的比值。即吞吐量=運(yùn)行用戶代碼時(shí)間/（運(yùn)行用戶代碼時(shí)間+垃圾收集時(shí)間））剃根。由于與吞吐量關(guān)系密切哩盲，它也被稱為“吞吐量?jī)?yōu)先”收集器。

• Serial Old收集器：
  Serial Old是Serial收集器的老年代版本，同樣也是一個(gè)單線程的廉油，采用標(biāo)記整理算法的收集器惠险。

• Parallel Old收集器：
  Parallel Scavenge收集器的老年代版本。使用多線程和“標(biāo)記-整理”算法抒线。在注重吞吐量以及CPU資源的場(chǎng)合班巩，都可以優(yōu)先考慮 Parallel Scavenge收集器和Parallel Old收集器。

• CMS收集器：
  CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器以追求最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)嘶炭，基于“標(biāo)記—清楚”算法實(shí)現(xiàn)抱慌。其整個(gè)運(yùn)作過(guò)程主要分為以下4步：

  1. 初始標(biāo)記（Initial mark）：暫停所有的其他線程，并記錄下直接與GC Root相關(guān)聯(lián)到的對(duì)象眨猎，速度很快 抑进；
  2. 并發(fā)標(biāo)記（concurrent mark）：同時(shí)開(kāi)啟GC和用戶線程，進(jìn)行GC Roots Tracing的過(guò)程睡陪。
  3. 重新標(biāo)記（remark）：修正并發(fā)標(biāo)記期間因?yàn)橛脩舫绦蚶^續(xù)運(yùn)行而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄寺渗，這個(gè)階段的停頓時(shí)間一般會(huì)比初始標(biāo)記階段的時(shí)間稍長(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記階段時(shí)間短兰迫。

  4. 并發(fā)清除（concurrent sweep）：開(kāi)啟用戶線程信殊，同時(shí)GC線程開(kāi)始對(duì)為標(biāo)記的區(qū)域做清掃。

     
     
     CMS收集器

由于CMS收集器整個(gè)工作過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)的并發(fā)標(biāo)記與并發(fā)清楚階段都可以與用戶線程同時(shí)工作（初始標(biāo)記汁果，重新標(biāo)記依然要Stop the world）涡拘，所以從總體上看：CMS收集器的內(nèi)存回收過(guò)程是和用戶線程一起并發(fā)執(zhí)行的，因此CMS收集器也擁有了并發(fā)收集须鼎，低停頓的優(yōu)點(diǎn)鲸伴。同時(shí)它也存在著以下三個(gè)明顯的缺點(diǎn)：

1. 對(duì)CPU資源敏感；
2. 無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾晋控；
3. 它使用的回收算法-“標(biāo)記-清除”算法會(huì)導(dǎo)致收集結(jié)束時(shí)會(huì)有大量空間碎片產(chǎn)生汞窗。

• G1收集器：
  G1 (Garbage-First)是一款面向服務(wù)器的垃圾收集器，主要針對(duì)配備多顆處理器及大容量?jī)?nèi)存的機(jī)器.赡译，以極高概率滿足GC停頓時(shí)間要求的同時(shí)仲吏，還具備高吞吐量性能特征。它主要具備以下特征：
  1. 并行與并發(fā)：G1能充分利用CPU蝌焚、多核環(huán)境下的硬件優(yōu)勢(shì)裹唆，使用多個(gè)CPU（CPU或者CPU核心）來(lái)縮短Stop-The-World停頓時(shí)間。部分其他收集器原本需要停頓Java線程執(zhí)行的GC動(dòng)作只洒，G1收集器仍然可以通過(guò)并發(fā)的方式讓java程序繼續(xù)執(zhí)行许帐。
  2. 分代收集：雖然G1可以不需要其他收集器配合就能獨(dú)立管理整個(gè)GC堆，但是還是保留了分代的概念毕谴。
  3. 空間整合：與CMS的“標(biāo)記--清理”算法不同成畦，G1從整體來(lái)看是基于“標(biāo)記整理”算法實(shí)現(xiàn)的收集器距芬；從局部上來(lái)看是基于“復(fù)制”算法實(shí)現(xiàn)的。
  4. 可預(yù)測(cè)的停頓:這是G1相對(duì)于CMS的另一個(gè)大優(yōu)勢(shì)循帐，降低停頓時(shí)間是G1 和 CMS 共同的關(guān)注點(diǎn)框仔，但G1 除了追求低停頓外，還能建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型拄养，能讓使用者明確指定在一個(gè)長(zhǎng)度為M毫秒的時(shí)間片段內(nèi)离斩。

G1收集器的運(yùn)作大致分為初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記瘪匿、最終標(biāo)記跛梗、篩選回收這幾個(gè)步驟。收集器在后臺(tái)維護(hù)了一個(gè)優(yōu)先列表柿顶，每次根據(jù)允許的收集時(shí)間茄袖，優(yōu)先選擇回收價(jià)值最大的Region(這也就是它的名字Garbage-First的由來(lái))。這種使用Region劃分內(nèi)存空間以及有優(yōu)先級(jí)的區(qū)域回收方式嘁锯，保證了GF收集器在有限時(shí)間內(nèi)可以盡可能高的收集效率（把內(nèi)存化整為零）。

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