JVM—垃圾收集器

什么是垃圾

没有被引用的对象就是垃圾。

怎么找到垃圾

引用计数法

当对象引用消失，对象就称为垃圾。

对象消失一个引用，计数减去一，当引用都消失了，计数就会变为0.此时这个对象就会变成垃圾。

在堆内存中主要的引用关系有如下三种：单一引用、循环引用、无引用：

引用计数法性能比较低。

引用计数算法不能解决循环引用问题，为了解决这个问题，JVM使用了根可达分析算法。

根可达算法

根可达算法的基本思路就是通过一系列的名为GCRoot的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GCRoot没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，也就是不可达的。

可作GCRoots的对象:

• 虚拟机栈中，栈帧的本地变量表引用的对象。
• 方法区中，类静态属性引用的对象。
• 方法区中，常量引用的对象。
• 本地方法栈中，JNI引用的对象。

回收过程

即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非是"非死不可"。被判定不可达的对象处于"缓刑"阶段。要真正宣告死亡，至少要经历两次标记过程:

• 第一次标记:如果对象可达性分析后，发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记；
• 第二次标记:第一次标记后，接着会进行一次筛选。筛选条件:此对象是否有必要执行finalize()方法。在finalize()方法中没有重新与引用链建立关联关系的，将被进行第二次标记。

第二次标记成功的对象将真的会被回收，如果失败则继续存活。

对象引用

在JDK1.2之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用(StrongReference)、软引用(SoftReference)、弱引用(WeakReference)、虚引用(PhantomReference)四种，这四种引用强度依次逐渐减弱。

强引用

代码中普遍存在，只要强引用还在，就不会被GC。

Object obj = new Object();

软引用

非必须引用，内存溢出之前进行回收，如内存还不够，才会抛异常。

Object obj = new Object();
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);
obj = null;
Object o = sf.get();//有时会返回null
System.out.println("o = " + o);

应用场景：软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

举例如下:

• 应用需要读取大量本地文件，如果每次读取都从硬盘读取会严重影响性能，如果一次性全部加载到内存，内存可能会溢出。
• 可以使用软引用解决这个问题，使用一个HashMap来保存文件路径和文件对象管理的软引用之间的映射关系。
• 内存不足时，JVM会自动回收缓存文件对象的占用空间，有效地避免了OOM问题。

弱引用

非必须引用，只要有GC，就会被回收。

Object obj = new Object();
WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);
obj = null;
//System.gc();
Object o = wf.get();//有时候会返回null
boolean enqueued = wf.isEnqueued();//返回是否被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾
System.out.println("o = " + o);
System.out.println("enqueued = " + enqueued);

• 弱引用是在第二次垃圾回收时回收，短时间内通过弱引用取对应的数据，可以取到，当执行过第二次垃圾回收时，将返回null。
• 作用:监控对象是否已经被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾，可以通过弱引用的isEnQueued方法返回对象是否被垃圾回收器标记。

虚引用

• 虚引用是最弱的一种引用关系。垃圾回收时直接回收
• 一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。

Object obj = new Object();
PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj, new
                                                           ReferenceQueue<>());
obj=null;
Object o = pf.get();//永远返回null
boolean enqueued = pf.isEnqueued();//返回是否从内存中已经删除
System.out.println("o = " + o);
System.out.println("enqueued = " + enqueued);

• 虚引用是每次垃圾回收的时候都会被回收，通过虚引用的get方法永远获取到的数据为null，因此也被成为幽灵引用。
• 作用:跟踪戏象被垃圾回收的状态，仅仅是提供一种确保对象被回收后，做某些事情的机制。类似事件监听机制

如何清除垃圾

JVM提供3种方法，清除垃圾对象:

• Mark-Sweep标记清除算法
• Copyirvg拷贝算法
• Mark-Compact标记压缩算法

标记清除算法(Mark-Sweep)

最基本的算法，主要分为标记和清除两个阶段。首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。

缺点:

• 效率不高，标记和清除过程的效率都不高；
• 空间碎片，会产生大量不连续的内存碎片，会导致大对象可能无法分配，提前触发GC。

拷贝算法（Copying）

为解决效率。它将可用内存按容量划分为相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

一般采用这种收集算法来回收新生代，当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象拷贝到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor的空间。

HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8：1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存是会被“浪费”的。当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

• 优点：没有碎片化，所有的有用的空间都连接在一起，所有的空闲空间都连接在一起；
• 缺点：存在空间浪费；

标记-整理算法（Mark-Compact）

老年代没有人担保，不能用复制回收算法。可以用标记-整理算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，然后让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

缺点：性能较低，因为除了拷贝对象以外，还需要对象内存空间进行压缩，所以性能较低。

分代回收（Generational Collection）

当前商业虚拟机都是采用这种算法。根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。

• 新生代，每次垃圾回收都有大量对象失去，选择复制算法。
• 老年代，对象存活率高，无人进行分配担保，就必须采用标记清除或者标记整理算法。

用什么清除垃圾

有 8 种不同的垃圾回收器，它们分别用于不同分代的垃圾回收。

• 新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
• 老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS
• 整堆回收器：G1、ZGC