Java虚拟机【2】

垃圾收集器与内存分配策略

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域随线程生灭，栈中的栈帧的随着方法进入/退出，且分配的内存大小在类结构确定后就已知，因此这些区域的内存分配回收确定。需要考虑CG的是Java堆和方法区，一个接口中的多个实现类需要的内存不同，方法的多个分支需要的内存也不同。因此这部分是垃圾收集器关注的。

1.确认对象“死活”

垃圾收集器回收“死去”的对象，因此需要判断对象的“死活”，方法：1.引用计数法 2.可达性分析算法

1.1.引用计数法

给对象添加引用计数器，有个一地方引用它，计数+1，引用失效计数-1，计数为0的对象不可能再被使用。

缺点：难以解决对象循环引用的问题（如下例子）

public class ReferenceCountingGc{
    public Object instance = null;
    private static final int _iMB = 1024*1024; 
    private byte[] bigSize = new byte[2*_1MB];// 占内存用，以便在GC日志中看是否被回收
    
    public static void testGC(){
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;
        System.gc(); // 由于两个对象互相引用，因此引用计数不为0，无法回收   
    }
}

1.2.可达性分析算法

基本思路就是通过一系列名为”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时，则证明此对象是不可用的。

在Java语言中，可以作为GCRoots的对象包括下面几种：

1. 虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。
2. 方法区中的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(Native方法)引用的对象。

若不可达对象覆盖了finalize方法或其已被虚拟机调用过，则对象将逃脱一次“死亡”，只需将其与引用链上任一对象建立关联即可在第二次GC标记时免于“死亡”。

1.3.引用

原先的引用是对象只有引用与被引用两种状态，对于一些不太“重要”的对象来说就过于僵硬了，因此通过添加强引用、软引用、弱引用、虚引用方法使得内存空间若足够，就保留在内存中，若GC后内存不足就抛弃。

强引用：如Object obj =- new Object()

软引用：在发生内存溢出之前，将其回收

弱引用：弱引用的对象只能活到下一次GC过程之前，不论内存足够与否，都回收掉

虚引用：虚引用的存在不影响其生存时间。仅用来当对象被收集器回收后收到系统通知。

1.4.方法区回收

判断常量是否“废弃常量”的方法：

1. 类的所有实例都被回收，Java堆中不存在该类的任何实例
2. 加载的ClassLoader被回收
3. 该类的java.lang.Class对象未在任何地方被引用（包括反射）

例：String对象“abc”进入常量池，但没有任何String对象引用这个常量，则发生内存回收时会回收这个对象

2.垃圾收集算法

 2.1.标记—清楚算法

算法分为“标记”和“清除”两个阶段。标记阶段将需要回收的对象标记，在清除阶段进行清除

缺点：1.标记与清除的效率都不高。2.清除后会产生大量不连续的碎片，当需要分配较大的对象时，会提前触发另一次垃圾收集

2.2.复制算法（基于2.1）（常用）

将容量分为等量的两块，每次用其中的一块，当内存用完了，把还存在的对象复制到另一块上，再把已经使用过的内存空间一次清理掉，因此每次对整个半区进行内存回收

优点：效率高

缺点：内存搜小为了原来的一半，复制操作效率低

现代的商用虚拟机采用此种方法。由于98%的对象“朝生夕死”，因此内存分为较大的Eden空间和较小的Survivor空间。回收时，将Eden和Survivor中还活着的对象复制到另一块Survivor中，然后清除之前用的空间。若Survivor空间不够用，用老年代进行担保，对象直接通过分配担保机制进入老年代。

2.3.标记-整理算法（基于2.1）

相比标记—清除，在清除过程中不对可回收对象进行清理，而是让存活的对象向一端进行移动，而后清理掉边界外的内存。

2.4.分代收集算法

根据对象存活周期不同，将内存分为几块（新生代/老生代），根据每个年代的特点采用适合的算法。如死得多的用复制算法，活的多的用2.1或2.2

3.内存分配回收策略

总的说，在堆上分配，主要分配在新生代的Eden上，若Eden区没有足够空间，发生MinorGC（新生代的GC）发生，若还不够，将原有的对象担保到老年区去。

大对象进入老年代

长期存活的对象进入老年代

PS：老年代GC相较Minor GC慢10倍以上（Full GC/Major GC）