第三章 垃圾收集器与内存分配策略

3.1 概述

垃圾回收器需要完成的三件事：

• 哪些内存需要回收
• 什么时候回收
• 怎么回收

虚拟机栈、程序计数器、本地方法栈不需要垃圾回收；Java堆和方法区需要。

3.2 判断对象是否存活

3.2.1 引用计数算法

概述：每有一个引用，引用数就加1；每消失一个引用，引用数就减1；引用数到0了，就是要回收的对象。

缺点：无法解决循环引用问题 。如obja = objb和objb = obja。

3.2.2 可达性分析算法

概述：从“GC Roots”开始向下搜索，留下可达的，干掉不可达的。

可作为GC Roots的：

• 在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，如各个线程被调用的方法栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等
• 方法区中类静态属性引用的对象。
• 在方法区中常量引用的对象。
• 在本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象
• Java虚拟机内部的引用
• 所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象
• 反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等
• 根据选用的垃圾收集器和当前回收的区域的不同，可有其他对象临时加入，如分代收集和局部回收

3.2.3 再谈引用

JDK1.2后，几个引用概念：

• 强引用：程序中的引用赋值，类似Object obj = new Object()；只要强引用存在，垃圾收集器就不会回收被引用的对象
• 软引用：描述一些还有用，但不是必须的对象。被软引用的对象，在系统要发生内存溢出时，会将其进行二次回收，如果内存还不够，再抛出内存溢出异常。
• 弱引用：类似软引用，但强度要低一些。只能生存到下一次垃圾收集器发生为止，无论内存够不够，被弱引用的对象都会被回收。
• 虚引用：不会对对象的生存事件产生影响，也无法通过其获得对象的实例。只用作一个对象在被回收时，得到一个通知。

Java弱引用(WeakReference)的理解与使用_Java_零度的博客专栏-****博客

3.2.4 生存还是死亡？

宣告对象死亡，要经过两次标记：

• 没有与GC Roots相连接的引用链。
• 没有在finalize()方法中逃脱。

判断有必要执行finalize()方法：

• 该方法已被覆盖
• 该方法从未被虚拟机调用过

如果判断对象有必要执行finalize()方法，就被放入一个低优先级的F-Queue中，等待执行该方法。“执行”，并不意味会等它运行结束。finalize()方法是对象逃脱回收的最后一次机会。

任何一个对象的finalize()方法只会执行一次，如果在下一次回收，该对象的finalize()方法不会执行。

现在不推荐使用finalize()方法。即使在关闭资源这类工作，因为有try-finally语句。

3.2.5 回收方法区

回收方法区性价比很低：

• 回收的空间少
• 回收的条件苛刻

Spring？？？？

在大量使用反射、动态代理、CGLib等字节码框架，动态生成JSP已经OSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，通常需要Java虚拟机有类型卸载的能力，以保证不会对方法区造成过大的压力。

3.3 垃圾收集算法

推荐阅读：Richard Jones编写的《垃圾回收算法手册》第 2~4章。

从如何判断对象死亡出发，垃圾收集算法分为：

• 引用计数式
• 追踪式

3.3.1 分代收集理论

分代收集理论建立在两个分代假说之上：

• 弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕灭的
• 强分代假说：熬过越多次GC的对象越难以消亡

这两个假说奠定了垃圾收集器的一致设计原则：收集器应该将Java堆划分出不同的区域，然后将回收对象根据其年龄（对象熬过垃圾收集的次数）分配到不同的区域中储存。

由于跨代调用的情况存在，出现第三条假说：

• 跨代引用假说：跨代引用相对同代引用来说仅占极少数

依据这条假说，我们将新生代上建立一个全局的数据结构，它将老年代分为若干小块，并标识出哪一块会发生跨代调用，当发生Minor GC时，只有这部分内存里的对象会被加入到GC Roots进行扫描

GC种类：

• 部分收集（Partial GC）：不是完整收集整个Java堆。
  • 新生代收集（Minor GC / Young GC）：只收集新生代
  • 老年代收集（Major GC / Old GC）：只收集老年代。只有CMS收集器会这样
  • 混合收集（Mixed GC）：收集全部新生代和部分老年代。只有GI收集器有这种行为
• 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆和方法区

3.3.2 标记-清除 算法

算法分标记和清除两个阶段：

• 首先标记需要回收的对象
• 对标记的对象进行回收

也可以反过来：

• 标记存活的对象
• 回收未标记的对象

缺点：

• 效率不稳定
• 内存空间碎片化

3.3.3 标记-复制 算法

为解决上一种算法面对大量需要回收对象效率低下的问题。

概述：将内存划为大小相等的两块，每次只用一块，当这一块用完了，就将存活的对象复制到另一块，再将这块空间一次全部清理。

缺点：可用内存缩小了一半；而对于复制开销，由于存活下的对象很少，所以还是值得的。

Appel式回收：

• 把新生代分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间。
• 每次内存只使用Eden空间和一块Survivor空间。
• 发生垃圾收集时，将Eden和Survivor中存活的对象，复制到另一块Survivor空间，并清理那两块空间。
• 当Survivor空间不足以容纳一次Minor GC之后存活的对象时，就需要依赖其他内存区域（多为老年代）进行分配担保。

3.3.4 标记-整理 算法

算法过程：

• 将存活的对象进行标记
• 将标记的对象往内存的一端移动
• 清理掉边界外的空间

3.7 选择合适的垃圾收集器

Epsilon收集器

• 不能进行垃圾收集的“垃圾收集器”
• 用于存活时间较短的应用（这时候只需要JVM可以合理分配内存，程序在堆耗尽之前就会退出）

垃圾收集器的职责：

• 进行垃圾收集
• 堆的管理与布局、对象的分配、与解释器、编译器、监控子系统的协作

选择垃圾收集器需要考虑的因素：

• 应用程序的关注点是什么？吞吐量？延迟？内存占用？
• 运行应用的基础设施如何？系统架构？处理器数量？分配的内存？操作系统？
• 使用的JDK的发行商？版本号？

GC日志详解：

深入理解JAVA虚拟机—GC日志详解_Java_brushli的专栏-****博客

3.8 实战

针对大对象的优化：

什么是大对象：需要大量连续内存的Java对象。

HotSpot虚拟机提供了“-XX:PretenureSizeThreshold"参数指定大于设定值的对象直接在老年代分配。

注意：该参数只对Serial和ParNew两款新生代收集器有效，HotSpot的其他新生代收集器，比如Parallel Scavenge并不支持此参数。可以使用ParNew加CMS收集器组合。

空间分配担保过程