JVM 学习之垃圾回收

什么是“垃圾”？

对我们已经没有使用价值的东西就称为“垃圾”。在 JVM 中无用的对象就称为“垃圾”，因为它占用了我们宝贵的内存资源。

哪里有“垃圾”？

前面我们已经了解过了 JVM 的内存，现在复习一下。我们知道程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都是线程私有的，这几个区域随着线程消亡而消亡，可以达到自动清理的效果。Java 堆、方法区则是共享区域，各种对象的实例保存在 Java 堆中。所以这两个区域会出现“垃圾”

谁是“垃圾”？

怎么确定谁是垃圾，这里提供了两种算法，分别是：引用计数算法、可达性分析算法

引用计数算法

引用计数算法的思路是这样的：

每当有一个地方引用它时，计数器的值就加 1；当引用失效的时候，计数器就减 1。任何时刻计数器为 0 的对象就是不可能被再次使用的。

这种方法效率高，但是会出现无法回收的情况，请看下面的代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();
 
        object1.object = object2;
        object2.object = object1;
 
        object1 = null;
        object2 = null;
    }
}
 
class MyObject{
    public Object object = null;
}

这两个对象已经不可能再被访问了，但是因为他们还互相引用着对方，导致引用计数都不为 0，垃圾回收器无法回收他们。

可达性分析算法

这个算法的基本思路是：通过一系列的称为 “GC Roots” 的对象作为起点，从这些节点开向下搜搜，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连的时候就说明对象是不可用的。

垃圾回收算法

标记-清除（Mark-Sweep）算法

这是最基础的垃圾回收算法，思想简单，这个算法分为两个阶段，一个是“标记”，一个是“清除”。

算法大致思路：

标记出所有需要回收的对象，在标记完成之后统一回收所有被标记的对象

缺点：效率低，标记和清除的效率都不高；标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片。

复制（Copying）算法

这个算法实现简单、高效、不容易产生碎片，但是将可用内存缩小为原来内存的一半，来看看这个算法是什么思路：

将可用内存按容量分为大小相等的两块，每次使用其中的一块，当这块内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块内存上面，然后把这块已经使用的内存一次性清理掉。简单粗暴。

标记-整理（Mark-Compact）算法

算法标记阶段和Mark-Sweep一样，但是在完成标记之后，它不是直接清理可回收对象，而是将存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存

分代收集算法

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。根据对象存活的生命周期将内存划分为若干个不同的区域。一般情况下将堆区划分为老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特点是每次垃圾收集时只有少量对象需要被回收，而新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量的对象需要被回收，那么就可以根据不同代的特点采取最适合的收集算法。

内存分配与回收策略

我们知道，对象的分配就是在 Java 堆上分配，对象主要分配在新生代 Eden 区上，也可能分配在别的区域上（可设置内存相关参数）。

对象优先分配在 Eden

大多数情况下，对象在新生代 Eden 区域中分配。如果 Eden 区域没有足够的空间分配的时候，就会触发 Minor GC

大对象直接进入老年代

什么样的对象称为大对象？所谓的大对象是指需要大量连续内存空间的 Java 对象，典型的大对象就是那种很长的字符串以及数组。

长期存活的对象将进入老年代

虚拟机需要解决哪些对象放在新生代，哪些对象应该放在老年代的问题。为了解决这个问题，虚拟机给对象定义了一个对象年龄的计数器。如果对象在 Eden 出生并且第一次 Minor GC 后仍然存活，并且能被 Survivor 容纳的话，将被移动到 Survivor 空间中，并且将对象的年龄设置为 1。如果这个对象在 Survivor 空间中能够熬过 Minor GC，年龄再增加 1 岁，当年龄增加到一定程度时（默认为 15 岁），就会晋升到老年代。