浅谈JVM垃圾回收机制

引言

"Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。"——《深入理解java虚拟机》

这段话是深入理解java虚拟机中第三章开篇的第一句话。

谈起java的垃圾回收机制，作为一个java程序员,我们最大的感受就是，我们只管创建对象，去给对象分配内存，而什么时候这个对象该被回收或者说什么时候该释放内存，这都不是我们必须去考虑的，这就给我们的开发带来了极大大便利，但深入理解JVM的垃圾回收机制，对于我们写出更优秀的代码也是很有帮助的。

1.如何判断一个对象是否存活

引用计数法（Reference Counting）

给对象增加一个引用计数器，当该对象被某个地方引用时，计数器+1，引用失效时，计数器-1，当计数器为0时该对象就不能被引用。

引用计数算法，的实现简单，判定效率也很高，在大部分情况下它都是一个不错的算法，但是，至少主流的Java虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存，其中最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。

当两个对象都无用时，但彼此都相互引用者对方，使得计数器都不为0，垃圾回收器就无法回收这两个对象。

可达性分析算法（Reachability Analysis）

在主流的商用程序语言（Java、C#，甚至包括前面提到的古老的Lisp）的主流实现中，都是称通过可达性分析来判定对象是否存活的。

这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”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GC Roots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

如图所示：，对象object 5、object 6、object 7虽然互相有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

而在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

1.虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。

2.方法区中类静态属性引用的对象。

3.方法区中常量引用的对象。

4.本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

2.垃圾收集算法

1.标记清除算法

该算法分为2个阶段，标记和清除。首先标记出所有需要被回收的对象，待标记完成后统一回收这些被标记的对象。它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。

但是它会带来两个问题：

1.效率较低，标记清除的效率都不高

2.空间问题，如上图所示，回收后内存是不连续的，会产生很多的内存碎片。当有一个新的大对象需要分配内存时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

2.复制算法

为了解决效率问题，一种称为“复制”（Copying）的收集算法出现了，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，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。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况。

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，IBM公司的专门研究表明，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor[1]。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor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%的内存会被“浪费”。

3.标记整理算法

“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是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。

该算法主要用来回收老年代中的对象，老年代中的对象存活率比较高，使用复制算法效率会很低。

4.分代收集算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，这种算法并没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。

参考文献：《深入理解java虚拟机》