java與c++之間有一堵由動態(tài)分配和垃圾收集技術(shù)所圍成的高墻同规，墻內(nèi)的想出去循狰，墻外的人卻想進來。

深入了解JVM虛擬機

背景簡介

因為我這次看的是書弦追，所以介紹的比較全面劲件，不再是視頻那種單純的知識點講解。所以有一些背景簡介零远，這里也和大家絮叨絮叨。
首先牵辣，垃圾收集（Garbage Collection，簡稱GC）其實并不是java的半生產(chǎn)物纬向。1960年的Lisp就使用了。目前java的內(nèi)存的動態(tài)分配和內(nèi)存回收技術(shù)已經(jīng)比較成熟逾条，但是Ｍ栋！薇缅！當需要排查各種內(nèi)存溢出，內(nèi)存泄露的時候泳桦，當垃圾手機成為系統(tǒng)達到更高并發(fā)量的瓶頸的時候，我們還是要對內(nèi)存是是必要的監(jiān)控和調(diào)節(jié)灸撰。
上一篇文章我們說了內(nèi)存分為：堆，棧浮毯，方法區(qū)，程序計數(shù)器债蓝。其中堆，方法區(qū)的隨著jvm而生饰迹，所有線程共享芳誓。而虛擬機棧和本地棧統(tǒng)稱為棧余舶，和程序計數(shù)器是線程隔離的。隨著線程而生锹淌，也隨線程而滅匿值。棧中的棧幀隨著方法的進入和退出執(zhí)行入棧和出棧。因為棧幀分配的內(nèi)存是編譯期就已知的赂摆，所以這個區(qū)域的回收具有確定性挟憔，我們不需要過多的考慮回收的問題。因為方法或者線程結(jié)束的時候烟号，內(nèi)存就自然跟著回收了曲楚。
而java堆則不一樣，我們只有在程序運行時才知道會創(chuàng)建什么對象褥符，這部分的內(nèi)存分配和回收都是動態(tài)的，我們所說的垃圾收集器關(guān)注的也是這部分內(nèi)存抚垃。

對象已死么喷楣？

java堆中存放的是所有對象的實例。垃圾收集器回收之前鹤树，要判斷這個對象哪些還活著铣焊，哪些死了（就是不會再被使用的對象）。

引用計數(shù)法

通俗來講罕伯，就是判斷對象是否存活的一個算法：給對象中添加一個引用計數(shù)器（這里要區(qū)別于程序計數(shù)器）曲伊。每當有一個地方引用它時，計數(shù)器的值+1.引用失效時追他，計數(shù)器的值-1.如果說一個對象的計數(shù)器的值是0坟募，就說明這個對象是不可用的。
客觀來說這個即用計數(shù)算法實現(xiàn)簡單邑狸，而且效果也不錯懈糯，理解起來很容易。但是很多主流的jvm虛擬機并沒有選用引用計數(shù)算法來管理內(nèi)存单雾。因為它有個弊端赚哗，或者說漏洞：那就是它很難解決對象之間的相互循環(huán)引用的問題。舉個例子：兩對象A,B互相引用屿储，除此之外沒有任何別的引用渐逃。實際上這個兩個對象已經(jīng)不可能再被訪問了茄菊。但是計數(shù)器的值不是0助赞，導(dǎo)致GC不能回收他們雹食。

可達性分析算法

據(jù)說主流的商用程序語言是主流實現(xiàn)都是通過可達性分析來判斷對象是否存活的群叶。這個算法的基本思路就是通過一系列的成為”GC Roots“的對象作為起始點街立，從這些節(jié)點開始向下搜索埠通，搜索走過的路徑稱為引用鏈端辱，當一個對象到”GC Roots“沒有任何引用鏈相連，則這個對象是不可用的荣病。（也叫這個根節(jié)點到對象不可達）个盆。
這個根節(jié)點是可能是：棧中引用的對象朵栖。方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對象陨溅。方法區(qū)中常量引用的對象等等。
其實我覺得這個也還算好理解狠鸳。我們可以把所謂的根節(jié)點看作是一個樹根件舵，想判斷一個葉子是不是屬于這棵樹的就是從樹根開始順著樹干铅祸，樹枝查找。最后發(fā)現(xiàn)能連上就說明這個樹葉是這棵樹的涡扼，但是要是發(fā)現(xiàn)樹根到這個葉子連不上吃沪，則說明這個樹葉不是這棵樹的什猖，也就是不可達不狮。而在jvm虛擬機中這種不可達代表著不可用。（書上的圖不錯推掸，我盡量畫一下讓大家可以直觀的看下谅畅。）

可達性分析算法判定對象是否可回收

再談引用

無論是通過引用計數(shù)法，還是可達性分析臼婆，我們判斷對象是否或者都和引用有關(guān)。在JDK1.2以后（之前的太遙遠就不說了）java堆引用的概念進行了擴充：將引用分為強引用，軟引用，弱引用无拗，虛引用四種英染。這四種引用強度一次減弱被饿。
強引用：類似Object o = new Object()這種狭握，只要強引用還存在，垃圾收集器永遠不會回收掉被引用的對象哎垦。
軟引用：描述一些還有用但是非必須的對象漏设。在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出之前，才會把軟引用關(guān)聯(lián)的對象列進回收范圍之中進行二次回收损俭。
弱引用：也是描述非必須的對象的杆兵。但是它比軟引用更弱一些仔夺。當垃圾收集器工作時缸兔，會回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。
虛引用：是最弱的一種引用關(guān)系昂拂。是否有虛引用完全不會對其生存時間有影響格侯。也無法通過虛引用來獲取一個對象實例联四。
其實我們可以用自己的手機來聯(lián)想這幾種引用關(guān)系撑教。
虛引用就是內(nèi)存垃圾伟姐，我們用智能機的小伙伴都知道，手機自己呆著呆著就總莫名其妙的出現(xiàn)垃圾倒戏，這個時候一般有提示：您的手機已經(jīng)有XXg的垃圾杜跷，請及時清理。然后你點一個清理就沒了憋槐！你都不一定知道系統(tǒng)都清理了什么玩意兒阳仔。
弱引用就是微信QQ的聊天記錄啊扣泊，咋說呢延蟹，有時候顯得沒事了，覺得聊天記錄也沒大作用斥杜，刪了就刪了吧蔗喂。然后一鍵清理好幾G的內(nèi)存缰儿，感覺自己萌萌噠散址。
軟引用這個就比較有意思了，它屬于你挺有用的义起，比如好幾個G的電影师崎。作為精神食糧犁罩，沒事就看看床估，還是很喜歡滴丐巫！但是真的到了內(nèi)存不足，干啥都提示沒空間了的時候碑韵，也還是能下定決心把一些你懂得的資源刪除的祝闻，這個就是軟引用遗菠。關(guān)鍵時刻可以舍棄的東西辙纬。
至于強引用，差不多就是手機里的微信堤框，qq蜈抓，支付寶了吧昂儒。要手機的目的不就是這些么？刪除是不可能刪除的腊嗡，換手機都不能刪除的這種拾酝。

生存還是死亡

這是一個問題蒿囤，比今天吃啥還不好解決。即使在可達性分析中不可達的對象底挫，也不是立刻就殺死了建邓，他們還有個“緩刑”的極端睁枕。這個就涉及到了對象的finalize（）方法了，在effective java第三版中也有專門的一章講解這個方法注簿，這里知識簡單的說一下，如果感興趣的同學可以自己區(qū)搜索finalize（）栅隐。
如果一個對象被判定不可達租悄，這個時候我們就會調(diào)用它的finalize（）方法（如果對象的finalize（）方法沒有覆蓋或者finalize（）已經(jīng)被調(diào)用過了則系統(tǒng)判斷沒有必要調(diào)用了泣棋。然后finalize（）方法只會被系統(tǒng)自動調(diào)用一次）畔塔，finalize（）方法是一個對昂逃脫死亡的最后一次機會澈吨。如果在這個方法里成功的和外界建立關(guān)聯(lián)了。就是把自己變成可用了修赞。就不會死了柏副。如果調(diào)用finalize（）方法還是沒讓自己變得有用割择，那么就真的被回收了萎河。（我超級喜歡這段話，感覺就是電視劇里面演的换可，人被敵人抓住了厦幅，趕緊透漏情況确憨，說的情報有用可以多活一會，啥也不知道直接就被滅口了）吞歼。
然后其實這個finalize（）方法篙骡，建議大家避免使用它的丈甸。因為不確定的因素太多了睦擂。這個就不詳細說明了，如果我有機會把effective java也寫出來淘正，那里會有詳細的說明為啥不推薦使用終結(jié)，清理方法述呐。

回收方法區(qū)

昨天已經(jīng)說過了方法區(qū)也有人叫做“永久代”。但是這個不嚴謹缤谎。雖然java虛擬機規(guī)范中確實說過了可以不在方法區(qū)進行垃圾收集，而且在方法區(qū)進行垃圾收集的性價比比較低项郊。但是該有還是要有的啊着降。
永久代的垃圾收集主要是兩部分內(nèi)容：廢棄常量和無用的類蓄喇。
廢棄常量：這個很好理解，比如常量池有一個字符串”abc“钱骂，但是沒有任何string對象引用指向這個”abc“，也沒有地方用了或者字面量。那么這個“abc”就是廢棄的肮蛹。必要的話這個“abc”就會被系統(tǒng)清理出常量池。
無用的類：這個要同時滿足三個條件：

• jaca堆中不存在這個類的實例
• 加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收
• 無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。也就是該類對應(yīng)的java.lang.Class對象也沒有被引用。

虛擬機可以對滿足上述三個條件的類進行回收脓匿。但是這里僅僅是”可以“。是否對類進行回收還是看要虛擬機的配置的。

垃圾收集算法

終于要講到正題了妙色，由于垃圾收集算法的實現(xiàn)比較復(fù)雜，而且各個平臺的虛擬機操作內(nèi)存的方法也不一樣，所以這里就是介紹幾種算法的思想萧落。
標記-清除算法：這個是最基礎(chǔ)的收集算法了。如它的名字一樣，主要是兩個階段：標記蜜唾，清除。首先標記出所有需要回收的對象，在標記完成后統(tǒng)一回收所有被標記的對象掩完。之所以說他基礎(chǔ)，是因為后續(xù)的收集算法都是基于這種思路并對其不足進行改進得到的。它主要的問題有兩個：

1. 效率問題存淫，標記和清除的效率都不高。

2. 標記清除之后會產(chǎn)生大量的不連續(xù)的內(nèi)存碎片荚虚“媸觯空間碎片太多導(dǎo)致內(nèi)存空間利用率不高。

   
   
   標記-清理

如上圖做完一波清理操作，該清除的倒是清除了，但是如果這個時候我們要存入一個6個空間位大小的數(shù)據(jù)场斑，內(nèi)存是夠用的，但是沒有哪一塊能放下，這不就是空間的浪費了么脖隶？

復(fù)制算法：復(fù)制算法是為了解決效率問題块仆。他將可用內(nèi)存劃分為一樣一樣的兩塊悔据。每次只是用一塊。在一塊內(nèi)存用完了，就把其中活著的對象復(fù)制到另一塊上面（從頭開始連著放，不會產(chǎn)生空間碎片）期吓。然后把之前滿了那塊空間都刪除了蛀醉。實現(xiàn)起來簡單，運行起來也高效。但是缺點就是將內(nèi)存縮小為原來的一半帚桩。代價不小啊儡蔓。
據(jù)說現(xiàn)在流行的商用虛擬機都是采用這種算法的喂江，而且有一點：新生代中的98%的對象朝生晚死，死的賊快卵惦，所以不需要1：1分配內(nèi)存的。上一篇說到的Eden赴邻，Survivor就順勢而出了。一般默認Eden和Survivor的空間比8：1.。內(nèi)存劃分為兩個Survivor和一個Eden墨榄。然后每次是Eden和使用中的Survivor中的活著的復(fù)制到另一個Survivor中逢并，然后清理掉Eden和Survivor的空間砍聊。接下來使用Eden和剛剛被復(fù)制過來的Survivor。這樣做相當于每次只有一個Survivor空間被浪費。按照默認比例：8：1：1.也就是每次只浪費百分之十的內(nèi)存竹椒。
當然了翘贮，有時候Survivor可能空間不夠了扯再，可以暫時先放老年代的內(nèi)存。（重點是暫時。反正就是有借要有還的那種钾军。）
標記-整理算法：看名字都能看出來袖扛，就是標記清除算法的進階版蛆封。標記就是標記清除中的標記過程，只不過這個不是標記完了直接清除就完事了，而是所有活著的對象都向一端移動簿寂。其實就是把活著的都聚在前面的一堆兒。最后把死了的都清除了。

標記-整理算法

垃圾收集器

其實剛剛說的那些算法都是內(nèi)存回收的方法論桃焕，而垃圾收集器就是內(nèi)存回收的具體實現(xiàn)。java虛擬機規(guī)范中沒有明確規(guī)定垃圾收集器。所以不同廠商因篇，不同版本的收集器是不同的虽界。這里討論的是比較常用的一些。
首先收集器是分代的，這個上文提到過。有的新生代收集器和老年代收集器可以共同工作，但是有的就不可以。而且沒有最好的收集器。只有最合適。接下來具體介紹一下：
Serial收集器：它是最基本的，也是歷史最老的收集器精续。他的兩個特點：

1. 單線程工作
2. 垃圾收集的時候停止任何別的線程工作凫乖。

其實我看了書中介紹的這段真的很有意思，生動而且形象（下面的引用是書中的原話，我用鍵盤敲了出來而已）。

Serial收集器是JAVA虛擬機中最基本、歷史最悠久的收集器，在JDK 1.3.1之前是JAVA虛擬機新生代收集的唯一選擇。Serial收集器是一個，但它的“單線程”的意義并不僅僅是說明它只會使用一個CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作沾谜，更重要的是在它進行垃圾收集時媳否，必須暫停其他所有的工作線程力图，直到它收集結(jié)束赘那。這項工作實際上是由虛擬機在后臺自動發(fā)起和自動完成的，在用戶不可見的情況下把用戶的正常工作的線程全部停掉，這對很多應(yīng)用來說都是難以接受的。
對于這種惡劣的體驗，虛擬機的設(shè)計者表示完全理解宏蛉，但也表示非常委屈：“你媽媽在給你打掃房間的時候嗅义，肯定也會讓你老老實實地在椅子上或房間外待著，如果她一邊打掃式塌，你一邊亂扔紙屑尾菇，這房間還能打掃完嗎？”這確實是一個合情合理的矛盾缆八，雖然垃圾收集這項工作聽起來和打掃房間屬于一個性質(zhì)奖恰，但實際上可能肯定還要比打掃房間復(fù)雜得多啊。
其實它雖然存在自己的不足错负，但它依然是虛擬機運行在Client模式下但默認新生代收集器油航。它有著優(yōu)于其他收集器的地方：簡單而高效，對于限定單個CPU的環(huán)境來說奠伪，Serial收集器由于沒有線程交互的開銷脸狸，專心做垃圾收集自然可以獲得最高的單線程收集效率卿啡。在用戶的桌面應(yīng)用場景中，分配給虛擬機管理的內(nèi)存一般來說不會很大，停頓時間完全可以控制在幾十毫秒最多一百多毫秒以內(nèi)清酥，只要不是頻繁發(fā)生，這點停頓還是可以接受的。所以，Serial收集器對于運行在Client模式下的虛擬機來說是一個很好的選擇忆某。

ParNew收集器：ParNew收集器其實就Serial的多線程版本棒坏。書中這里介紹了一下各個版本的配合和使用情況测暗。但是因為這里是只是想簡單的懂得收集器作用稚字，原理昌讲。所以這一段就不寫了礼搁。除了能多線程剩下與Serial收集器是差不多的。
注意兩個概念：

• 在單核中ParNew收集器沒有Serial收集器效率高负拟，因為有線程切換的開銷厨姚。
• 在雙核中ParNew收集器和Serial收集器效率差不多拭抬。
• 在3核及以上ParNew收集器才比Serial收集器效率高贬派。

Parallel Scavenge收集器”：它是一個新生代的收集器镐躲，也是使用復(fù)制算法的收集器裆熙。又是并行的多線程收集器入录。但是它不關(guān)注縮短垃圾收集的時間僚稿。更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量蟀伸。
因此啊掏，Parallel Scavenge收集器也被稱為“吞吐量優(yōu)先”收集器。
吞吐量計算公式:
吞吐量 = cpu運行程序時間/cpu運行程序時間+GC時間
Serial Old收集器：Serial收集器的老年代版本谢肾÷瑁看名字就能看出來微姊。使用的是標記-整理算法兢交。
Parallel Old收集器：Parallel Scavenge收集器的老年代版本。是多線程和標記-整理算法酪穿。一般在注重吞吐量以及cpu資源敏感的場合被济，可以優(yōu)先考慮Parallel Scavenge+Parallel Old涧团。
CMS收集器：CMS垃圾回收器的全稱是Concurrent Mark-Sweep Collector，從名字上可以看出兩點钮追，一個是使用的是并發(fā)收集，第二個是使用的收集算法是Mark-Sweep（標記-清除算法）轧叽。
它的運作過程相對于前面幾種收集器來說要更復(fù)雜一些犹芹，整個過程分為6個步驟鞠绰，包括（我的書是第二版蜈膨，只有四步翁巍。但是我查閱的資料都說六步休雌，這里按六步寫了）：

• 初始標記（CMS initial mark）
• 并發(fā)標記（CMS concurrent mark）
• 并發(fā)預(yù)清理（CMS-concurrent-preclean）
• 重新標記（CMS remark）
• 并發(fā)清除（CMS concurrent sweep）
• 并發(fā)重置（CMS-concurrent-reset）杈曲。

百度百科的CMSjie

深入理解JVM虛擬機

因為這個介紹的篇幅比較多恰响，我就用我個人的話來理解吧涌献。
它只有初始標記和重新標記是需要暫停別的線程的燕垃。而且這兩個行為的時間都很快。至于并發(fā)標記和并發(fā)清除都可以和用戶線程一起工作您旁，不用”stop the world“被冒。這就讓用戶用起來很舒服。但是也有一些缺點：

1. 對cpu資源敏感昨悼。
2. 無法處理浮動垃圾率触。
3. 采用標記-清除方法，會產(chǎn)生內(nèi)存空間碎片穴张。

G1收集器

這個是當今收集器技術(shù)發(fā)展最前沿的成果之一皂甘。反正聽起來就高大上有木有悼凑？
G1的特點：

• 并行與并發(fā)。
• 分代收集（之前的收集器都是只針對年輕代或者老年代渐夸。G1是都可以使用）
• 空間整合性好渔欢。

• 可預(yù)測的停頓奥额。
  在G1之前，cms是很火的态坦，所以這里好多都是G1和cms的對比棒拂。然后我看的書可能比較老，那時候還沒有什么G1的實際使用數(shù)據(jù)（我估計現(xiàn)在有了吧谜诫，但是沒有特意去查攻旦。）

  
  
  收集器之間搭配關(guān)系

內(nèi)存分配與回收策略

我們之前一直說什么新生代牢屋，老年代的槽袄。這些到底什么區(qū)別遍尺？怎么劃分的涮拗？
首先一般創(chuàng)建一個對象三热，在新生代Eden中分配內(nèi)存。如果Eden中沒有足夠的空間呐能，虛擬機將發(fā)起一次Minor GC（新生代GC从藤，指發(fā)生在新生代的垃圾收集動作，所有的Minor GC都會觸發(fā)全世界的暫停（stop-the-world），停止應(yīng)用程序的線程悯搔，不過這個過程非常短暫舌仍。）
如果這個對象需要大量連續(xù)內(nèi)存空間铸豁，我們可以通過設(shè)置，讓大對象直接進入老年代在刺。這樣做的目的是為了防止大對象在Eden和Survicor來回來去復(fù)制头镊。
虛擬機采用了分代收集的思想來管理內(nèi)存相艇，那么內(nèi)存回收的時候必須能分辨哪些是新生對象，哪些是老年對象坛芽。
為了做到這一點，虛擬機給每個對象定義了一個年齡計數(shù)器获讳∨夂浚活過一次Minor GC就漲一歲。當年齡到了一定程度（默認15歲侠畔，這個閾值可以改）损晤，就可以晉升到老年代了尤勋。
好了，這章關(guān)于垃圾收集器和內(nèi)存分配就到這里了最冰。一下午四十頁書暖哨，而且感覺比自己單純的看一遍效果要好得多篇裁。然后全文手打，我也是正在學習的過程中达布，有問題或者不同的意見歡迎指出共同交流學習。
全文手打不易躺苦，如果你覺得有幫到你或者有點用分冈，別吝嗇的點個喜歡和點個關(guān)注哦~~