常见的垃圾回收机制

如何工作

在某些 Java 虚拟机中，堆的实现截然不同：它更像一个传送带，每分配一个新对象，它就向前移动一格。

这意味着对象存储空间的分配速度特别快。Java 的"堆指针"只是简单地移动到尚未分配的区域，所以它的效率与 C++ 在栈上分配空间的效率相当

垃圾回收器工作时，一边回收内存，一边使堆中的对象紧凑排列，这样堆指针就可以更容易的移动到空闲区域的位置上

垃圾收集器在分配存储空间的同时会将对象重新排列，由此实现一个高速的、有无限空闲空间的堆模型。

1. 对象可能不被垃圾回收
2. 垃圾回收不等于析构
3. 垃圾回收只与内存有关
4. • 无论是“垃圾回收”还是“终结” ，都不一定保证会发生；
   • 如果java虚拟机（JVM）并未面临内存耗尽的情况，它可能不会浪费时间执行垃圾回收以恢复内存

finalize()方法 （有个大概印象即可）

终结条件

安全的标记对象是否可以被终结，例如下例 要销毁未被登记的Book对象时，报错

System.gc();强制终结

class Book{
    boolean checkedOut = false;
    public Book(boolean checkOut) {
        this.checkedOut = checkOut;
    }
    void checkIn(){
        this.checkedOut = false;
    }
    @Override
    protected void finalize()throws Throwable{
        //只有登记过的 才能被删除 这就可以作为终结的条件
        if(checkedOut){
            System.out.println("ERROR: checked out");
        }
        // Normally, you'll also do this: 
        // super.finalize(); // Call the base-class version
    }
}
public class JavaTest{
    @Test
    public void test8() throws InterruptedException {
        Book book = new Book(true);
        book.checkIn();
        new Book(true);
        System.gc();
        Thread.sleep(1000);
    }
}

垃圾回收机制

引用计数

原理：每个对象中都有一个引用计数器，每当有引用指向该对象时，引用计数器+1；当引用离开作用域或是被置为null时，引用计数器-1；如果发现某个对象的引用计数为0时，就释放其空间（引用计数器模式经常会在计数器为0时立即释放对象）

特点：

1. 简单

2. 速度慢（开销不大，但在整个生命周期频繁发生的负担）

   在每次内存对象被引用或引用被销毁的时候都必须修改引用计数，这类操作被称为footprint。引用计数的footprint是很高的。这使得程序整体的性能受到比较大的影响

3. 出现循环引用时会出问题（应该被回收，但没有）

4. .btw："引用计数通常用于解释垃圾收集的工作方式，但它似乎并没有出现在任何JVM实现中"

更快的策略依据

对于任何没有被废弃的对象，最终都能追溯到它存活在栈或静态存储区中的引用

因此，如果从栈和静态存储区开始遍历所有引用(包括对象内部的)，就能找到所有存活的对象

匿名对象的相关思考：我们通常将匿名对象作为方法参数传递，func(new B())，在该方法中，B对象被关联了引用

所以，遍历所有的引用即可得到所有“活”的对象，然后再去遍历这些对象中的引用，如此反复，就能得到一个对象网络，其中的对象就都是 活 的；

class A{
  public B b;
}
class B{
  public A a;
}
public class Main{
    public static void main(String[] args){
    A a = new A();	// A对象被引用 A对象计数器+1
    B b = new B();	// B对象被引用 B对象计数器+1
    a.b=b;			// B对象被引用 B对象计数器+1
    b.a=a;			// A对象被引用 A对象计数器+1
    }
}

上例 当栈上的引用遍历到a，发现a对象中有个B对象的引用，指向b，这个b引用中又有个A的引用 又指向a 如此循环 根本找不到活的对象

这样也解决了循环引用问题，循环引用的对象不会被发现

停止-复制(stop-and-copy)

原理：先暂停程序的运行，然后将所有存活的对象从当前堆复制到另一个堆，没有被复制的就是需要垃圾回收的，而且，当对象被复制到新堆后，他们紧凑排列的，一个挨着一个

特点：

1. 解决了循环引用的问题（循环引用的对象不会被发现）
2. 非后台回收模式（需要在程序暂停的情况下进行）
3. 相对较快
4. 效率低下

   • 得有两个堆：还得在这两个分离的堆之间来回折腾，得维护比实际多一倍的空间

     • 某些jvm的解决方式：按需在堆中分配几块较大的内存，复制动作就发生在这大内存间

   • 复制本身：一旦程序进入稳定状态，可能只会产生少量垃圾，甚至没有，就算是这，复制回收器也得将所有 内存从一处复制到另一处，太浪费了

     • 某些JVM的解决方式：进行检查，要是没有新的垃圾产生，就会转换到“标记-清扫"模式（SUN公司早期JVM一直在用）。对一般用途，这种方法很慢，但当程序只会产生少量或者不产生垃圾，他速度就很快了
     • 切换到标记清扫方式清理

标记-清扫

原理：标记：从栈和静态存储区出发，遍历所有引用，找出所有“活”对象，每找到一个，就给对象一个标记，直到遍历完所有对象；清扫：没有被标记的对象将被清理。

特点：

1. 解决了循环引用的问题（循环引用的对象不会被发现）
2. 相比停止-复制 较为高效（不会有任何复制动作）
3. 非后台回收模式（需要在程序暂停的情况下进行）
4. 处理完后剩下的堆空间是不连续的
   • 垃圾回收器若希望得到连续的空间，就需要整理剩下的未被清理的对象

补充：标记-整理

原理：标记：从栈和静态区域出发，遍历所有引用，对遍历过程中得到的活的对象进行标记；整理：将标记过的对象，把他们从内存开始的地方按照顺序依次摆放好，中间没有任何缝隙，在摆放完最后一个对象后，对后面的内存区域直接回收。

JVM中的块（感觉像是年龄分代）

• 内存分配以较大的"块"为单位，较大的对象会单独占一个块。
• 块用年代数来记录自己是否存活，若块被引用，年代数+1。
• 垃圾回收器会对上一次回收过后 新分配的块进行整理
• 垃圾回收器定期会清理
  • 含有小对象的那些块将被复制、整理
  • 大型对象 不会被复制（只有年代数会增加）

补充：分代收集算法

摘自JavaGuide

当前虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将 java 堆分为新生代和老年代，这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。

比如在新生代中，每次收集都会有大量对象死去，所以可以选择”标记-复制“算法，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的对象存活几率是比较高的，而且没有额外的空间对它进行分配担保，所以我们必须选择“标记-清除”或“标记-整理”算法进行垃圾收集。

标记清扫与停止复制的切换机制（自适应）

如果对象一个个的都很稳定，此时如果垃圾回收效率降低了，就会切换到“标记-清扫”模式，以提高垃圾回收的效率，(此时jvm持续监视) 如果堆中的碎片多了，那么就赶紧切换回“停止-复制”模式，以真整理堆空间，保持堆的高速运转。

HotSpot技术

java执行步骤

即时编译技术（Just-in Time JIT）

想要了解更多请移步什么是JIT？怎么优化? - 知乎 (zhihu.com)

热点代码分为两类：

• 多次调用的方法
• 多次执行的循环体，实际上也会以整个方法作为编译对象

如何判断热点代码请看原文

可以把 全部或部分 程序 直接翻译为本地机器码，这就省去了JVM翻译，所以运行更快

为什么不能用这个技术 编译所有代码？

• 这个技术贯穿整个程序的生命周期，累加起来慢的要死
• 会增加可执行代码的长度（字节码要比即时编译器展开后的本地机器码小很多），导致页面调度，使程序运行变慢
• 即时编译时以方法为单位的，如果编译出来的代码运行不了几次，就白编译了

惰性评估

即时编译器只有在必要时，才编译代码

这样，从未被执行的代码也许就压根不会被 JIT 编译。

新版 JDK 中的 Java HotSpot 技术就采用了类似的做法，代码每被执行一次就优化一些，所以执行的次数越多，它的速度就越快。

逃逸分析技术

请移步至深入理解Java中的逃逸分析

逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：当一个对象在方法中被定义后，它可能被外部方法所引用，例如作为调用参数传递到其他地方中，称为方法逃逸。