【java学习】垃圾回收机制（GC）

1，概念

1）垃圾

在Java中，当没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时，该内存便成为垃圾。

有2种情况：
①一个或一组对象为不可到达状态（即一个对象不被任何引用所指向）。
②一组对象中只包含互相的引用，而没有来自它们外部的引用。

2）GC功能

a.释放没用的对象
JVM的一个系统级线程会自动释放该垃圾内存块
b.清除内存纪录碎片

3）内存泄漏（OOM）

2，GC优缺点

1）优点

①自动释放内存空间，减轻编程的负担
②保护程序的完整性， 防止内存泄露

2）缺点

①影响程序性能。
Java虚拟机必须追踪运行程序中有用的对象，而且最终释放没用的对象。这一个过程需要花费处理器的时间。
②并不能保证100%收集到所有的废弃内存。
在C++中，对象所占的内存在程序结束运行之前一直被占用，在明确释放之前不能分配给其它对象。而java的垃圾回收机制虽然解决了C++中令人头痛的垃圾回收问题，但同时由于它不是主动性的行为，完备性欠缺。另外，也有垃圾回收器不能处理的垃圾回收情况。

3，过程

垃圾回收机制的算法有很多。

1）引用计数法

①概念

GC中早期策略。
堆中每个对象实例都有一个引用计数，当计数为0时GC。
当一个对象被创建时且分配给一个变量时，该变量计数设置为1。当任何其他变量被赋值这个对象的引用时，计数+1。
当某个引用超过了声明周期或者被设置为一个新值，则-1。

②优缺点

优点：快速。
对程序需要不被长时间打断的实时环境比较有利。

缺点：无法检测出循环引用。
如父对象有一个对子对象的引用，子对象反过来引用父对象。这样，他们的引用计数永远不可能为0.

2）tracing算法（标记清除算法 mark and sweep）

①概念

把所有的引用关系看作图。
从一个节点GC Root开始，寻找对应的节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点并标记，当所有节点被寻找完毕后，剩余的节点没有被引用到的节点，即无标记的节点，是无用的节点。

可做GC Root的对象有：
JVM栈中引用的对象（本地变量表）
方法区中静态属性引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中引用的对象（Native对象）

②场景

标记-清除算法不需要进行对象的移动，并且仅对不存活的对象进行处理，在存活对象比较多的情况下极为高效，但由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，因此会造成内存碎片。

3）compacting算法（标记整理法）

①概念

与标记清除法一样，不同的是，在清楚后，回收不存活对象的控件，并移动存活对象往左端空闲空间移动，并更新指针。

②优缺点

进行了对象的移动，成本更高，但是却解决了内存碎片的问题。

4）copying算法

将每个活对象赋值到空闲面，空闲面做对象面，对象面变成空闲面，程序在新的对象面分配内存。

5）generation算法（分代回收）

①年轻代：
新生的对象。
尽可能的快速的收集那些生命周期短的对象。

②年老代：
在年轻代中经历了N次GC仍然存活的对象。
主要存放一些生命周期较长的对象。

③持久代：
用于存放静态文件，如Java类、方法。

4，主动GC

1）System.gc()方法

调用System.gc()可以主动请求垃圾回收机制，但也仅仅是一个请求。JVM接受这个消息后，并不是立即做垃圾回收，而只是对几个垃圾回收算法做了加权，使垃圾回收操作容易发生，或提早发生，或回收较多而已。

良好的编程习惯是：
GC调用不宜过多，保持代码健壮（记得将不用的变量置为null、资源使用完后释放），让虚拟机去管理内存。因为System.gc()方法会触发主GC，从而增加主GC的频率，也即增加了间歇性停顿的次数。

2）finalize()方法

一旦垃圾回收器准备好释放对象占用的存储空间，首先会去调用finalize()方法进行一些必要的清理工作。只有到下一次再进行垃圾回收动作的时候，才会真正释放这个对象所占用的内存空间（所以调用finalize()并不一点会GC）。
另外finalize()函数是在垃圾回收器准备释放对象占用的存储空间的时候被调用的，绝对不能直接调用finalize()，所以应尽量避免用它。

finalize生命周期流程：
当对象变成(GC Roots)不可达时，GC会判断该对象是否覆盖了finalize方法，若未覆盖，则直接将其回收。否则，若对象未执行过finalize方法，将其放入F-Queue队列，由一低优先级线程执行该队列中对象的finalize方法。执行finalize方法完毕后，GC会再次判断该对象是否可达，若不可达，则进行回收，否则，对象“复活”。在C++中所有的对象运用delete()一定会被销毁，而JAVA里的对象并非总会被垃圾回收器回收。

5，触发主GC（Garbage Collector）的条件

①当应用程序空闲时，即没有应用线程在运行。
因为GC在优先级最低的守护线程中进行，所以当应用忙时，GC线程就不会被调用，但以下条件除外。
②Java堆内存不足。
主GC的运行具有不确定性，无法预计它何时必然出现，但可以确定的是对一个长期运行的应用来说，其主GC是反复进行的。

6，其他减少GC开销的措施

1）尽量减少临时对象的使用

临时对象在跳出函数调用后，会成为垃圾，少用临时变量就相当于减少了垃圾的产生，减少了主GC的机会。

2）尽量使用StringBuffer，而不用String来累加字符串

由于String是固定长的字符串对象，累加String对象时，并非在一个String对象中扩增，而是重新创建新的String对象，如Str5=Str1+Str2+Str3+Str4，这条语句执行过程中会产生多个垃圾对象，因为对次作“+”操作时都必须创建新的String对象，但这些过渡对象对系统来说是没有实际意义的，只会增加更多的垃圾。避免这种情况可以改用StringBuffer来累加字符串，因StringBuffer是可变长的，它在原有基础上进行扩增，不会产生中间对象。

3）能用基本类型如Int，Long，就不用Integer，Long对象

基本类型变量占用的内存资源比相应对象占用的少得多，如果没有必要，最好使用基本变量。

4）尽量少用静态对象变量

静态变量属于全局变量，不会被GC回收，它们会一直占用内存。

5）分散对象创建或删除的时间

集中在短时间内大量创建新对象，特别是大对象，会导致突然需要大量内存，JVM在面临这种情况时，只能进行主GC，以回收内存或整合内存碎片，从而增加主GC的频率。集中删除对象，道理也是一样的。它使得突然出现了大量的垃圾对象，空闲空间必然减少，从而大大增加了下一次创建新对象时强制主GC的机会。

7，与其他语言对比

1）C

①NET Framework类库具有垃圾回收功能，当某个类的实例被认为不再有效时，并符合析构条件，此时启动垃圾回收功能，调用该类的析构函数。
②写法：~类名（）{}
③特点:一个类只有一个析构函数且无法调用，它是被自动调用的。