1.垃圾回收機制

（1）什么是垃圾回收機制（Garbage Collection， 簡稱GC)

• 指自動管理動態(tài)分配的內(nèi)存空間的機制，自動回收不再使用的內(nèi)存，以避免內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出的問題
• 最早是在1960年代提出的，程序員需要手動管理內(nèi)存的分配和釋放
• 這往往會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出等問題，同時也增加了程序員的工作量，特別是C++/C語言開發(fā)的時候
• Java語言是最早實現(xiàn)垃圾回收機制的語言之一，其他編程語言，如C#、Python和Ruby等，也都提供了垃圾回收機制

（2）JVM自動垃圾回收機制

• 指Java虛擬機在運行Java程序時，自動回收不再使用的對象所占用的內(nèi)存空間的過程

• Java程序中的對象，一旦不再被引用會被標(biāo)記為垃圾對象，JVM會在適當(dāng)?shù)臅r候自動回收這些垃圾對象所占用的內(nèi)存空間

• 優(yōu)點

  • 減少了程序員的工作量，不需要手動管理內(nèi)存
  • 動態(tài)地管理內(nèi)存，根據(jù)應(yīng)用程序的需要進行分配和回收，提高了內(nèi)存利用率
  • 避免內(nèi)存泄漏和野指針等問題，增加程序的穩(wěn)定性和可靠

• 缺點

  • 垃圾回收會占用一定的系統(tǒng)資源，可能會影響程序的性能
  • 垃圾回收過程中會停止程序的執(zhí)行，可能會導(dǎo)致程序出現(xiàn)卡頓等問題
  • 不一定能夠完全解決內(nèi)存泄漏等問題，需要在編寫代碼時注意內(nèi)存管理和編碼規(guī)范

（3）引用計數(shù)法

• 基本思想，跟蹤每個對象被引用的次數(shù)，當(dāng)引用次數(shù)為0時，就可以將該對象回收
• 在JVM中，每個對象都有一個引用計數(shù)器，當(dāng)對象被引用時，引用計數(shù)器+1
• 當(dāng)對象被取消引用時，引用計數(shù)器-1
• 當(dāng)引用計數(shù)器為0時，該對象就可以被回收
• 優(yōu)點
  • 實現(xiàn)簡單，回收垃圾的效率高
• 缺點
  • 循環(huán)引用無法回收。如果兩個對象互相引用，它們的引用計數(shù)器永遠不會為0，因此無法被回收
  • 引用計數(shù)器開銷大，每個對象都需要一個引用計數(shù)器，如果對象很多，開銷就會很大

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        B b = new B();
        a.setB(b);
        b.setA(a);
        a = null;
        b = null;
        System.gc();
    }
}

class A {
    private B b;

    public void setB(B b) {
        this.b = b;
    }
}

class B {
    private A a;

    public void setA(A a) {
        this.a = a;
    }
}

• 類A和類B相互引用，每個對象都持有對方的引用，形成了一個循環(huán)引用的環(huán)，當(dāng)Main方法執(zhí)行完畢后，a和b對象都置為null
• 由于它們相互引用，它們的引用計數(shù)器都不為0，無法被垃圾回收器回收，導(dǎo)致內(nèi)存泄漏
• 但是上面代碼卻不會發(fā)生內(nèi)存泄漏，因為多數(shù)jvm沒有采用這個引用計數(shù)器方案，而是采用可達性分析算法

（4）可達性分析算法

• 可達性分析算法的基本思想是通過一系列的“GC Roots”對象作為起點進行搜索。
• 如果“GC Roots”和一個對象之間沒有可達路徑，則稱該對象是不可達的，不過要注意的是被判定為不可達的對象不一定就會成為可回收對象。
• 被判定為不可達的對象要成為回收對象，要至少經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程。
• 如果在這兩次標(biāo)記過程中仍然沒有逃脫成為可回收對象的可能性，則基本上就真的成為可回收對象了。

通過一系列稱為“GC Roots”的對象作為起始點，從這些節(jié)點開始向下搜索，搜索走過的路徑稱為“引用鏈”，當(dāng)一個對象到 GC Roots 沒有任何的引用鏈相連時(從 GC Roots 到這個對象不可達)時，證明此對象不可用。

（5）什么是GC Root

• 指一些被JVM認(rèn)為是存活的對象，它們是垃圾回收算法的起點
• 可以理解為由堆外指向堆內(nèi)的引用， 本身是沒有存儲位置，都是字節(jié)碼加載運行過程中加入 JVM 中的一些普通引用
• 通俗的例子可以是一個樹形結(jié)構(gòu)，樹的根節(jié)點就是GC Roots
• 是垃圾回收器的起點，如果一個節(jié)點沒有任何子節(jié)點與根節(jié)點相連，那這個節(jié)點就被認(rèn)為是不可達的，可以被回收器回收

（6）JVM中的GCRoots對象有哪幾種

• 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象。

• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象

  • JDK 1.7 開始靜態(tài)變量的存儲從方法區(qū)移動到堆中
  • 比如你定義了一個static 的集合對象，那里面添加的對象就是可以被GC Root可達的

• 方法區(qū)中常量引用的對象

  • 字符串常量池從 JDK 1.7 開始由方法區(qū)移動到堆中

• 本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）引用的對象。

（7）對象可回收，就一定會被回收嗎？

• 不一定會回收，對象的finalize方法給了對象一次最后一次的機會。
• 當(dāng)對象不可達（可回收）并發(fā)生 GC 時，會先判斷對象是否執(zhí)行了 finalize 方法，如果未執(zhí)行則會先執(zhí)行 finalize 方法
• 將當(dāng)前對象與 GC Roots 關(guān)聯(lián)，執(zhí)行 finalize 方法之后，GC 會再次判斷對象是否可達
• 如果不可達，則會被回收，如果可達，則不回收！
• 需要注意的是 finalize 方法只會被執(zhí)行一次，如果第一次執(zhí)行 finalize 方法，對象變成了可達，則不會回收
• 但如果對象再次被 GC，則會忽略 finalize 方法，對象會被直接回收掉！

2.垃圾回收算法

（1）垃圾回收算法之標(biāo)記-清除算法

• 是一種常見的垃圾回收算法，它的基本思路是分為兩個階段：標(biāo)記階段和清除階段
• 標(biāo)記階段
  • 垃圾回收器會從一些GC Roots對象開始，遍歷整個對象圖，標(biāo)記所有被引用的對象
  • 被標(biāo)記的對象會被打上標(biāo)記，表示這些對象是“活”的對象，需要保留下來，未被標(biāo)記的對象就是垃圾對象，可以被回收
• 清除階段
  • 垃圾回收器會對所有未被標(biāo)記的對象進行回收

• 優(yōu)點
  • 能夠回收不連續(xù)的內(nèi)存空間
• 缺點
  • 標(biāo)記和清除兩個步驟，都需要垃圾回收器遍歷整個對象圖，耗費時間較長
  • 會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，當(dāng)頻繁進行垃圾回收時，內(nèi)存碎片會越來越多導(dǎo)致可用內(nèi)存空間不足，從而影響程序的性能和穩(wěn)定性
• 應(yīng)用場景
  • 在實際應(yīng)用中，標(biāo)記清除法一般用于不需要頻繁進行垃圾回收的場景，比如在Java堆中大對象的分配和回收
  • 后續(xù)的收集算法大多都是以標(biāo)記-清除算法為基礎(chǔ)，對其缺點進行改進

（2）垃圾回收算法之標(biāo)記-復(fù)制算法

• 標(biāo)記算法是一種常見的垃圾回收算法，它的基本思路是將Java堆分為兩個區(qū)域：一個活動區(qū)域和一個空閑區(qū)域
• 在垃圾回收過程中，首先標(biāo)記所有被引用的對象
• 然后將所有被標(biāo)記的對象復(fù)制到空閑區(qū)域中，最后交換兩個區(qū)域的角色，完成垃圾回收
• 標(biāo)記復(fù)制算法的詳細(xì)實現(xiàn)步驟
  • 將Java堆分為兩個區(qū)域：一個活動區(qū)域和一個空閑區(qū)域，初始時，所有對象都分配在活動區(qū)域中
  • 從GC Roots對象開始，遍歷整個對象圖，標(biāo)記所有被引用的對象
  • 對所有被標(biāo)記存活的對象進行遍歷，將它們復(fù)制到空閑區(qū)域中，并更新所有指向它們的引用，使它們指向新的地址
  • 對所有未被標(biāo)記的對象進行回收，將它們所占用的內(nèi)存空間釋放
  • 交換活動區(qū)域和空閑區(qū)域的角色，空閑區(qū)域變?yōu)樾碌幕顒訁^(qū)域，原來的活動區(qū)域變?yōu)榭臻e區(qū)域
  • 當(dāng)空閑區(qū)域的內(nèi)存空間不足時，進行一次垃圾回收，重復(fù)以上步驟。

• 優(yōu)點

  • 如果內(nèi)存中的垃圾對象較多，需要復(fù)制的對象就較少，則效率高
  • 清理后，內(nèi)存碎片少

• 缺點

  • 標(biāo)記復(fù)制算法的效率較高，但是預(yù)留一半的內(nèi)存區(qū)域用來存放存活的對象，占用額外的內(nèi)存空間
  • 如果出現(xiàn)存活對象數(shù)量比較多的時候，需要復(fù)制較多的對象 效率低
  • 假如是在老年代區(qū)域，99%的對象都是存活的，則性能底，所以老年代不適合這個算法

• 應(yīng)用場景

  • 標(biāo)記復(fù)制算法一般用于新生代的垃圾回收，因此需要對新生代的對象進行分代管理

  • 虛擬機多數(shù)采用這個算法，對新生代進行內(nèi)存管理，因為多數(shù)這個新生代區(qū)域的存活對象數(shù)量少

  • 國外有公司統(tǒng)計過多數(shù)業(yè)務(wù)，98%撐不過一次GC； 所以不用1:1比例分配新生代的空間

  • 原因

    • GC時, 將Eden和Survivor中存活對象一次性復(fù)制到另外一塊Survivor空間上， 然后清理掉Eden和已用過的那塊Survivor空間
    • 每次新生代中可用內(nèi)存空間為整個新生代容量的90% (Eden的80% + Survivor的 10%) ，
    • 只有一個Survivor空間， 即10%的新生代是會被浪費而已

（3）垃圾回收算法之標(biāo)記-整理算法

• 從根節(jié)點開始對所有可達對象做一次標(biāo)記，但之后并不簡單地清理未標(biāo)記的對象，而是將所有的存活對象壓縮到內(nèi)存的一端
• 然后清理邊界外的垃圾，避免了碎片的產(chǎn)生，也不需要兩塊相同的內(nèi)存空間，因此性價比比較高

• 優(yōu)點
  • 解決了標(biāo)記清除算法的碎片化的問題
  • 對比標(biāo)記-復(fù)制算法，不用浪費額外的空間
  • 對比 標(biāo)記-清除算法與標(biāo)記-整理算法，前者是一種非移動式的回收算法， 而后者是移動式的回收，且沒有了碎片化內(nèi)存
• 缺點
  • 效率相比于標(biāo)記復(fù)制算法低一些
  • 在整理存活對象時，因?qū)ο笪恢玫淖儎?，需要該調(diào)整虛擬機棧中的引用地址
• 應(yīng)用場景
  • 標(biāo)記-壓縮算法是一種老年代的回收算法，它在標(biāo)記-清除算法的基礎(chǔ)上做了一些優(yōu)化。

（4）垃圾回收算法之分代收集算法

• 針對不同生命周期的對象采用不同的垃圾回收策略，以達到更好的垃圾回收效果
• 年輕代多數(shù)對象存活時間短，高頻進行回收；老年代多數(shù)對象存活時間久，進行低頻回收
• 分代算法是根據(jù)回收對象的特點進行選擇，年輕代適合標(biāo)記-復(fù)制算法，老年代適合標(biāo)記清除或標(biāo)記壓縮算法
• 通過將內(nèi)存劃分為不同的代，可以使得Minor GC的頻率更高，更早地回收垃圾對象，減少Full GC的發(fā)生頻率，提高整體性能

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-432173.html

• JVM將內(nèi)存分為年輕代和老年代，其中年輕代又分為Eden區(qū)和兩個Survivor區(qū)
• 年輕代
  • 用于存放新生的對象，其中Eden區(qū)是新對象的分配區(qū)域
  • 當(dāng)Eden區(qū)滿時，會觸發(fā)Minor GC，將存活的對象移動到Survivor區(qū)，同時清空Eden區(qū)
  • Survivor區(qū)則用于存放經(jīng)過一次Minor GC后存活的對象
• 老年代
  • 用于存放長時間存活的對象，當(dāng)年輕代中的對象經(jīng)過多次Minor GC后仍然存活，就會被移動到老年代
  • 當(dāng)老年代滿時，會觸發(fā)Full GC
• GC的分類和專業(yè)術(shù)語
  • 部分收集(Partial GC)
    • 新生代收集
      • 對象從Young 區(qū)域消失的過程稱為”minor GC / Young GC “
      • Eden 的清理，S0\S1的清理都由于MinorGC
      • YoungGen區(qū)內(nèi)存不足，會觸發(fā)minorGC
    • 老年代收集
      • 對象從老年代中消失的過程，清理整合OldGen的內(nèi)存空間，稱為**”Major GC/Old GC“**
      • 有些垃圾收集器 針對老年代單獨回收，所以比較少用
  • 整堆收集(Full GC)
    • 是清理整個堆空間，包括年輕代和老年代
    • 理解為Major GC+Minor GC組合后進行的一整個過程，是清理JVM整個堆空間
  • FullGC觸發(fā)場景
    • 手工調(diào)用System.gc( ), 建議執(zhí)行Full GC，不一定會執(zhí)行，可通過-XX:+ DisableExplicitGC 參數(shù)來禁止調(diào)用System.gc()
    • 老年代空間不足 , 通過Minor GC后進入老年代的平均大小大于老年代的可用內(nèi)存
  • STW（Stop The World）
    • 垃圾回收發(fā)生過程中，用戶線程在運行至安全點（safe point）后，就自行掛起進入暫停狀態(tài)，對外的表現(xiàn)就是卡頓
    • 所以應(yīng)盡量減少Full GC的次數(shù)，是Minor GC還是Major GC都會STW，區(qū)別只在于STW的時間長短

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