什么是垃圾回收機制

為了讓程序員更加專注于代碼的實現(xiàn)，而不用過多的考慮內(nèi)存釋放的問題，所以在Java語言中，有了自動的垃圾回收機制，也是我們常常提及的GC(Garbage Collection)

有了這個垃圾回收機制之后，程序員只需要考慮內(nèi)存的申請即可，內(nèi)存的釋放由系統(tǒng)自動識別完成。在垃圾回收的時候，不同的對象引用類型，GC會采用不同的回收時機，換句話說自動垃圾回收算法就會變得非常重要，如果因為算法的不合理，導(dǎo)致內(nèi)存資源一直沒有釋放，同樣也可能導(dǎo)致內(nèi)存資源一直沒有被釋放，同樣也可能會導(dǎo)致內(nèi)存溢出

對象什么時候可以被垃圾回收

簡單用一句話來說：人如果一個或者多個對象沒有任何的引用指向它，那么這個對象現(xiàn)在就是垃圾，如果定位成垃圾，那么就有可能被垃圾回收器回收

如果要定位什么是垃圾，有兩種方式來確定，第一個是引用計數(shù)法，第二個是可達(dá)性分析算法

引用計數(shù)法

一個對象被引用一次，在當(dāng)前對象頭上遞增一次引用次數(shù) ，如果這個對象的引用次數(shù)為0，代表這個對象可以被回收

String demo = new String("123");

String demo = null;

當(dāng)對象間出現(xiàn)了循環(huán)引用的話，則引用計數(shù)法就會失效，如下圖：

雖然a和b都為null，但是由于a和b存在循環(huán)引用，這樣a和b永遠(yuǎn)都不會被回收

引用計數(shù)法的優(yōu)點：

• 實時性較高，無需等到內(nèi)存不夠的時候，才開始回收，運行時根據(jù)對象的計數(shù)器是否為0，就可以直接回收
• 在垃圾回收過程中，應(yīng)用無需掛起。如果申請內(nèi)存時，內(nèi)存不足，則立刻報OOM錯誤
• 區(qū)域性，更新對象的計數(shù)器時，只是影響到該對象，不會掃描全部對象

缺點：

• 每次對象被引用時，都需要去更新計數(shù)器，有一點時間開銷
• 浪費 CPU 資源，即使內(nèi)存夠用，仍然在運行時進行計數(shù)器的統(tǒng)計
• 無法解決循環(huán)引用問題，會引發(fā)內(nèi)存泄露 （最大的缺點）

可達(dá)性分析算法

現(xiàn)在的虛擬機采用的都是通過可達(dá)性分析算法來確定哪些內(nèi)容是垃圾

首先會存在一個根節(jié)點（GC Roots），引出它下面指向的下一個節(jié)點，在以下一個節(jié)點開始為開始找到它下面的節(jié)點，依次往下類推，直到所有節(jié)點全部遍歷完畢。這個思想類似于算法中的并查集

如上圖，X和Y就是GC Roots無法到達(dá)的節(jié)點，那么X和Y就可以被認(rèn)為是垃圾

根對象是那些肯定不能當(dāng)作垃圾回收的對象，就可以當(dāng)作根對象。一般有四種類型可以選做根對象：

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

方法區(qū)中常量引用的對象

本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）引用的對象（不常用）

JVM垃圾回收算法有哪些

剛剛已經(jīng)講解完了如何定義垃圾，那么定義完成之后的垃圾有一系列的處理算法

標(biāo)記清除算法

標(biāo)記清除算法，是將垃圾回收分為兩個階段，分別是標(biāo)記和清除

• 根據(jù)可達(dá)性分析算法得出了垃圾進行標(biāo)記
• 對這些標(biāo)記為可回收的內(nèi)容進行垃圾回收

標(biāo)記清除算法有一定的劣勢：

• 效率比較低，標(biāo)記和清除兩個動作都是需要遍歷所有的對象，并且GC的時候，需要停止應(yīng)用程序，對于交互性要求比較高的應(yīng)用而言這個不是很推薦
• （重要）通過標(biāo)記清除算法清理出來的內(nèi)存，碎片化比較嚴(yán)重，因為被回收的對象可能存在于內(nèi)存的各個角落，所以清理出來的內(nèi)存不是很連貫

復(fù)制算法

復(fù)制算法的核心就是，將原來的內(nèi)存空間一分為二，每次都是用其中的一塊內(nèi)存。在垃圾回收的時候，將正在使用的對象復(fù)制到另一個內(nèi)存空間中，然后將該內(nèi)存空間清空，交換兩個內(nèi)存的角色，完成垃圾的

如果內(nèi)存中的垃圾對象較多，需要復(fù)制的對象就較少，這種情況下適合使用該 方式并且效率比較高，反之，則不適合

復(fù)制算法的執(zhí)行流程：

• 將內(nèi)存區(qū)域分成兩個部分，每次只是操作其中的一個
• 當(dāng)進行垃圾回收的時候，將正在使用的內(nèi)存區(qū)域中的存活對象移動到未使用的內(nèi)存區(qū)域。當(dāng)移動完成之后，對這一部分內(nèi)存進行一次性清除

優(yōu)點：

• 在垃圾對象多的情況下，效率較高
• 清理后，內(nèi)存無碎片

缺點：

• 分配的2塊內(nèi)存空間，在同一個時刻，只能使用一半，內(nèi)存使用率較低

標(biāo)記整理算法

標(biāo)記整理算法是在標(biāo)記清除算法的基礎(chǔ)上，做了優(yōu)化和改進的算法。和標(biāo)記清除算法一樣，也是從根節(jié)點開始，對對象的引用進行標(biāo)記，在清理階段，并不是簡單的直接清理可回收對象，而是將存活對象都向內(nèi)存的另一端移動，讓然后清理邊界以外的垃圾，從而解決了碎片化的問題

標(biāo)記整理算法的執(zhí)行流程：

• 標(biāo)記垃圾
• 需要清楚的向右走，不需要清楚的向左走
• 清除邊界以外的垃圾

優(yōu)缺點：

• 解決了標(biāo)記清除算法的碎片化的問題
• 標(biāo)記壓縮算法多了一步，對象移動內(nèi)存位置的步驟，其效率也有有一定的影響
• 復(fù)制算法標(biāo)記完就復(fù)制，但標(biāo)記整理算法得等把所有存活對象 都標(biāo)記完畢，再進行整理

分代收集算法

在Java8時，堆被分成兩份新生代和老年代（1：2），在Java7的時候，還存在一個永久代，Java8將其移動到本地內(nèi)存的元空間中

對于新生代，內(nèi)部被分為三個區(qū)域：Eden區(qū)，兩個大小完全相同的survivor區(qū)S0（from）和S1（to）（8：1：1）

分代收集算法執(zhí)行流程：

新建的對象都會先分配代eden區(qū)，當(dāng)eden區(qū)內(nèi)存不足的時候，會標(biāo)記eden區(qū)和from區(qū)（現(xiàn)階段還沒有）的存活對象

將存活下來的對象采用復(fù)制算法復(fù)制到to中，復(fù)制完畢之后，eden和from內(nèi)存得以釋放

經(jīng)過一段時間之后，eden區(qū)的內(nèi)存又不足了，標(biāo)記eden區(qū)和to區(qū)存活的對象，將存貨的對象復(fù)制到from區(qū)

當(dāng)幸存區(qū)對象熬過幾次回收（最多15次），晉升到老年代（幸存區(qū)內(nèi)存不足 或大對象會導(dǎo)致提前晉升）

MinorGC 、 Mixed GC 、 FullGC 的區(qū)別是什么

• MinorGC【young GC】發(fā)生在新生代的垃圾回收，暫停時間短（STW：暫停所有應(yīng)用程序線程，等待垃圾回收的完成）
• Mixed GC 新生代 + 老年代部分區(qū)域的垃圾回收，G1 收集器特有
• FullGC 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時間長（STW），應(yīng)盡力避免

JVM垃圾回收器有哪些

在JVM中，實現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括：

• 串行垃圾收集器
• 并行垃圾收集器
• CMS（并發(fā)）垃圾收集器
• G1垃圾收集器

串行垃圾收集器

Serial和Serial Old串行垃圾收集器，是指使用單線程進行垃圾回收，堆內(nèi)存較小，適合個人電腦

• Serial作用于新生代，曹勇復(fù)制算法
• Serial Old作用于年輕代，采用標(biāo)記-整理算法

垃圾回收時，只有一個線程在工作，并且Java應(yīng)用中所有線程都要暫停（STW），等待垃圾回收的完成

并行垃圾收集器

Parallel New和Parallel Old是一個并行垃圾回收器，JDK8默認(rèn)使用此垃圾回收器

• Parallel New作用于新生代，采用復(fù)制算法
• Parallel Old作用于老年代，采用標(biāo)記-整理算法

垃圾回收時，多個線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停（STW）， 等待垃圾回收的完成

CMS(并發(fā))垃圾收集器

CMS全稱 Concurrent Mark Sweep，是一款并發(fā)的、使用標(biāo)記-清除算法的垃圾回收器，該回收器是針對老年代垃圾回收的，是一款以獲取最短回收停頓時間為目標(biāo)的收集器，停頓時間短，用戶體驗就好。其最大特點是在進行垃圾回收時，應(yīng)用仍然能正常運行

G1垃圾收集器

應(yīng)用于新生代和老年代，在JDK9之后默認(rèn)人使用的G1垃圾收集器。其中劃分了很多個區(qū)域，每個區(qū)域都可以充當(dāng)eden，survivor，old，humongous，其中humongous專門為大對象準(zhǔn)備的。采用的復(fù)制算法，并且注重于響應(yīng)時間和吞吐量。運行時主要是分為三個階段：新生代回收、并發(fā)標(biāo)記、混合收集。如果出現(xiàn)并發(fā)失敗（即回收速度趕不上創(chuàng)建新對象的速度），就會觸發(fā)Full GC

下面來詳細(xì)的講解一下年輕代垃圾回收：

初始的時候，所有的區(qū)域都處于空閑狀態(tài)

創(chuàng)建了一些對象，挑出一些空閑區(qū)域作為eden區(qū)存儲這些對象

當(dāng)eden區(qū)需要垃圾回收時，挑出一個空閑區(qū)域作為survivor，用復(fù)制算法復(fù)制存活對象，需要暫停用戶線程

隨著時間流逝，eden區(qū)的內(nèi)存又有不足，將eden區(qū)以及之前幸存區(qū)中存活的對象，采用復(fù)制算法，復(fù)制到新的幸存區(qū)，其中比較老的對象晉升至老年代

下面來說一下下一個階段年輕代垃圾回收 + 并發(fā)標(biāo)記：

當(dāng)老年代占用內(nèi)存超過一定的閾值（默認(rèn)是45%）后，觸發(fā)并發(fā)標(biāo)記，這個時候無需暫停用戶線程

并發(fā)標(biāo)記之后，會有重新標(biāo)記階段解決漏標(biāo)問題，此時需要暫停用戶線程

這些都完成后就知道了老年代有哪些存活對象，隨后進入混合收集階段。此時不會對所有老年代區(qū)域進行回收，而是根據(jù)暫停時間目標(biāo)優(yōu)先回收價值高 （存活對象少）的區(qū)域（這也是 Gabage First 名稱的由來）

混合垃圾回收的執(zhí)行流程：

復(fù)制完成，內(nèi)存得到釋放。進入到下一輪的新生代回收、并發(fā)標(biāo)記、混合收集

其中H叫做大對象，如果對象非常大，就會開辟一塊連續(xù)的空間存儲巨型對象

強引用與軟引用與弱引用與虛引用的區(qū)別

強引用：只有所有 GC Roots 對象都不通過【強引用】引用該對象，該對象才能 被垃圾回收

User user = new User()

軟引用：僅有軟引用引用該對象時，在垃圾回收后，內(nèi)存仍不足時會再次出發(fā)垃圾回收

User user = new User();
SoftReference softReference = new SoftReference(user);

弱引用：僅有弱引用引用該對象時，在垃圾回收時，無論內(nèi)存是否充足，都會回收弱引用對象

User user = new User();
WeakReference weakReference = new WeakReference(user);

虛引用：必須配合引用隊列使用，被引用對象回收時，會將虛引用入隊，由Reference Handler線程調(diào)用虛引用相關(guān)方法釋放直接內(nèi)存

User user = new User();
ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
PhantomReference phantomReference = new PhantomReference(user,queue);

到此這篇關(guān)于JVM垃圾回收機制和垃圾回收器詳細(xì)解說的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM垃圾回收內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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