JVMGC垃圾收集梳理總結(jié)

第JVMGC垃圾收集梳理總結(jié)目錄什么是垃圾？什么是GC？如何發(fā)現(xiàn)垃圾？垃圾如何處理？常見的垃圾收集算法標記清除(marksweep)拷貝算法(copying)標記壓縮/標記整理(markcompact)JVM的內(nèi)存模型如何實現(xiàn)垃圾回收？分代模型

什么是垃圾？

對于程序匯總分配的內(nèi)存，當使用完成后，這部分內(nèi)存就會成為垃圾，需要對其進行釋放，否則，這部分內(nèi)存將無法被重復(fù)利用，最終造成內(nèi)存泄漏。

什么是GC？

GC是一種自動的存儲管理機制。當一些被占用的內(nèi)存不再需要時，就應(yīng)該予以釋放。這種存儲資源管理，稱為垃圾回收。

對于java而言，是自動進行垃圾回收的。

如何發(fā)現(xiàn)垃圾？

既然要實現(xiàn)垃圾的自動回收，那么第一件事就是找到垃圾，那么如何發(fā)現(xiàn)垃圾呢？其實就是判斷這個對象是否存活。

常見的兩種方式判斷：

1）引用計數(shù)法（referencecount）2）根可達性算法（rootsearching）

名稱實現(xiàn)思想優(yōu)點缺點引用計數(shù)法給每個對象添加一個引用計數(shù)器，當存在一個引用時，就加1，當一個引用失效時，就減1。判定效率高1、無法解決相互引用、循環(huán)引用的問題。2、存儲空間開銷：需要空間存儲計數(shù)器。3、時間開銷：需要處理計數(shù)器的增加和減少。根可達性算法通過一系列名為GCRoots的對象作為起始點，從這些節(jié)點開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈(ReferenceChain)，當一個對象到GCRoots沒有任何引用鏈相連時，則證明此對象是不可用的。解決了循環(huán)引用的問題實現(xiàn)較復(fù)雜，增加了計算成本。

引用計數(shù)法（referencecount）的循環(huán)引用、相互引用：沒有外部引用，但是本身的計數(shù)器又不為0。

根可達性算法由于引用計數(shù)法存在的問題，所有主流的jvm都不使用引用計數(shù)法，而是采用根可達性算法。

如上圖，帶有GCRoots的對象表示正在被引用，而其他的對象雖然相互間有引用，但是沒有根節(jié)點，仍然會被刪除。

GCRoots對象：哪些對象可以成為GCRoots呢？jvm中主要針對堆內(nèi)的內(nèi)存進行垃圾回收，而在虛擬機棧、本地方法棧和方法區(qū)內(nèi)的對象則不會被回收，通常選擇這三個區(qū)域的對象作為GCRoots。

在jvm中主要有以下四種，在方法區(qū)存在兩種：

1）虛擬機棧中引用的對象：虛擬機棧幀中的局部變量表所引用的對象。2）本地方法棧中引用的對象：JNI(Native方法)引用的對象。3）方法區(qū)中類靜態(tài)和常量對象：靜態(tài)變量和常量引用的對象。

以下圖來展示在JVM內(nèi)存模型（JMM）的GCRoots：

在根可達性算法中，所有的引用都是強引用，下面具體分析下jvm中的四種引用。

四種引用：參考：分享JVM的四種引用方式

名稱定義特點回收強引用強引用就是引用了通過new的方式創(chuàng)建的對象。是指創(chuàng)建一個對象并把這個對象賦給一個引用變量；在root搜索算法的里面，說的引用都指的是強引用關(guān)系。GC時，永遠不會被回收，導致OOM的主要原因1、引用消失（比如方法執(zhí)行完）2、將引用變量設(shè)置為null軟引用如果一個對象具有軟引用，內(nèi)存空間足夠，垃圾回收器就不會回收它；如果內(nèi)存空間不足了，就會回收這些對象的內(nèi)存。只要垃圾回收器沒有回收它，該對象就可以被程序使用。軟引用可用來實現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存,比如網(wǎng)頁緩存、圖片緩存等。使用軟引用能防止內(nèi)存泄露，增強程序的健壯性。Java中，用SoftRefrence表示弱引用。內(nèi)存不足時（自動觸發(fā)GC），會被回收內(nèi)存不足時，觸發(fā)自動回收弱引用引用也是用來描述非必需對象的，當JVM進行垃圾回收時，無論內(nèi)存是否充足，都會回收被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference類來表示無論內(nèi)存是否充足，只要進行GC，都會被回收只要進行GC，都會被回收虛引用虛引用和前面的軟引用、弱引用不同，它并不影響對象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference類表示。如果一個對象與虛引用關(guān)聯(lián)，則跟沒有引用與之關(guān)聯(lián)一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。要注意的是，虛引用必須和引用隊列關(guān)聯(lián)使用，設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的，就是在這個對象被收集器回收的時候收到一個系統(tǒng)通知或者后續(xù)添加進一步的處理。Java技術(shù)允許使用finalize()方法在垃圾收集器將對象從內(nèi)存中清除之前做必要的清理工作。如同虛設(shè)，和沒有引用沒什么區(qū)別任何時候都可能被回收

垃圾如何處理？

我們通過上面學到的根可達性算法可以發(fā)現(xiàn)垃圾的所在，那么jvm是如何進行垃圾回收的呢？通過jvm提供的垃圾收集器（GC）。

目前有以下種類的垃圾收集器，其中虛線表示垃圾收集器可以進行組合使用：

常見的垃圾收集算法

標記清除(marksweep)：位置不連續(xù)產(chǎn)生碎片效率偏低（兩遍掃描）拷貝算法(copying)：沒有碎片，浪費空間標記壓縮(markcompact)：沒有碎片，效率偏低（兩遍掃描，指針需要調(diào)整）

標記清除(marksweep)

顧名思義，標記清除算法分為兩個階段標記（mark）和清除（sweep）。

標記:Collector從引用根結(jié)點開始遍歷,標記所有被引用的對象。一般是在對象的Header中記錄為可達對象。

清除:Collector對堆內(nèi)存從頭到尾進行線性的遍歷,如果發(fā)現(xiàn)某個對象在其Header中沒有標記為可達對象,則將其回收。

對所有能找到根節(jié)點引用的內(nèi)存空間進行標記，清除沒有找到根節(jié)點的內(nèi)存空間，其大概實現(xiàn)過程如下：

缺點:

1）STW（stoptheword），回收時，應(yīng)用掛起。2）內(nèi)存越大，效率越多，需要掃描的時間越長。3）內(nèi)存碎片化，會導致無法裝下新申請的對象，整體內(nèi)存是足夠的，但并非連續(xù)的。

拷貝算法(copying)

拷貝算法將內(nèi)存空間劃分為兩個區(qū)間，在任意時間點，所有動態(tài)分配的對象都只能分配在其中一個區(qū)間（稱為活動區(qū)間），而另外一個區(qū)間（稱為空閑區(qū)間）則是空閑的。

當活動區(qū)間的內(nèi)存占滿時，接下來GC線程會將活動區(qū)間內(nèi)的存活對象，全部復(fù)制到空閑區(qū)間，且嚴格按照內(nèi)存地址依次排列，與此同時，GC線程將更新存活對象的內(nèi)存引用地址指向新的內(nèi)存地址。

其大概過程如下圖所示：

缺點浪費內(nèi)存，并且存活對象越多的情況下，效率越低。

標記壓縮/標記整理(markcompact)

標記過程仍然和標記-清除一樣，但后續(xù)步驟不是直接對可回收對象進行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理端邊界以外的內(nèi)存。

實現(xiàn)過程大概如下：

缺點效率不高，除了要標記存活對象，還要整理存活對象的引用地址，效率低于復(fù)制算法。

總結(jié)以上三種算法都是根據(jù)根可達性算法實現(xiàn)的。當開始GC時，三種算法都會造成STW（stoptheworld）。

JVM的內(nèi)存模型如何實現(xiàn)垃圾回收？分代模型

文章前面介紹了簡單很多種垃圾收集器，不同的垃圾收集器有不同的分代模型：

1）除Epsilon、ZGC、Shenandoah之外的GC都是使用邏輯分代模型2）G1是邏輯分代，物理不分代3）除1）2）之外不僅邏輯分代，而且物理分代

分代模型：

上圖中的分代模型有些需要特別關(guān)注的點：

1）整個分代模型的組成：新生代+老年代+永久代（jdk1.7）/元空間（jdk1.8）永久代、元空間：Class永久代：必須指定大小限制元空間：可以設(shè)置大小，也可以不設(shè)置，無上限（受限于物理內(nèi)存）字符串常量池：jdk1.7-永久代，jdk1.8-堆MethodArea（方法區(qū)）邏輯概念：永久代、元數(shù)據(jù)2）新生代：Eden+2個suvivor區(qū)YGC回收之后，大多數(shù)的對象會被回收，活著的進入s0再次YGC，活著的對象eden+s0