五、JVM系列（垃圾回收机制）

前言

在Java中，如果一个对象不可能再被引用，那么这个对象就是垃圾，应该被回收，以防占用内存。

如何判断垃圾？

1、引用计数法

我们可以很容易想到，通过引用计数的方法，当一个对象被引用的时候，引用+1，去除引用的时候-1,即引用数量为0的时候该对象就是垃圾，应该被回收。
例如下面的例子：

例子1

    String a = new String("你好");
        a = null;
        

我们创建了一个String类型的对象，对象值是“你好“ 由引用a 指向它。此时我们可以理解成该对象被a引用,此时它的引用+1
。接着我们让a = null。即去除该对象的引用。此时引用-1.最后引用数量为0，因此该对象就被视为垃圾，应该被回收。

例子2

public class ReferenceCountingGC {

  public Object instance;

  public ReferenceCountingGC(String name) {
  }

  public static void testGC(){

    ReferenceCountingGC a = new ReferenceCountingGC("objA");
    ReferenceCountingGC b = new ReferenceCountingGC("objB");

    a.instance = b;
    b.instance = a;

    a = null;
    b = null;
  }
}

例子2中，我们分别创建了两个ReferenceCountingGC 对象，由a和b 指向，并且两个对象中有一个成员变量instance。
接着我们让 a.instance = b;即对象a中的instance变量指向了b指向的引用， b.instance = a;对象b中的instance 指向了a指向的引用。然后分别a=null，b=null。我们看下图：

image.png

虽然原先a和b对象 没有被a,b引用了。但是a和b对象中的instance相互引用了对方。即a对象中的instance指向了b对象。b对象中的instance指向了a对象。即a和b对象都被引用着，即使我们设置了a = null,b=null。他们的引用数量也不为0。所以通过引用计数法就没法判断他们是否是垃圾，从而没法进行回收，浪费内存。

2、GC Root Tracing算法（可达性分析算法）。

GC Root Tracing算法大概的过程是：
从GC Root Tracing出发，所有可达的对象都是存活的对象，不可达的对象视为垃圾。而什么是GC Root Tracing呢？
GC Root Tracing就是一组活跃的引用集合，大概包括：

• 所有当前被加载的类
• Java类中的引用类型静态变量
• Java类的运行时常量池里的引用类型常量
• VM的一些静态数据结构指向GC堆里的对象引用
• 等
  大概流程可以看如下图：

image.png

如何进行垃圾回收？

当JVM识别出了垃圾之后，如何进行回收呢？垃圾回收简单的说有三种算法：标记清除算法、复制算法、标记压缩算法

• 标记清除算法
  分为标记和清除阶段，在标记阶段，标记所有从GC Root出发可达的对象，此时不可达的对象就是垃圾对象。之后在清除阶段将没有标记的对象清除。缺点就是：导致会产生很多内存碎片，即内存不连续。虽然对象可以分配在不连续的内存空间中，但是这样效率要低于连续的内存空间。
• 复制算法
  将原有的内存分为两块，每次只使用一块。在垃圾回收的时候，通过 GC Root Tracing算法，将正在使用的内存中活跃的对象复制到未使用的内存块中。之后清除正在使用的内存块中的对象。然后交换两个内存块的角色，完成垃圾回收。该算法的的缺点就是要将内存折半，大大浪费内存
• 标记压缩算法
  该算法是标记清除算法的优化版本，分别经历了标记、压缩阶段。标记阶段我们都知道了，而在压缩阶段中，则将所有存活的对象压缩在内存的一边，之后将外界的对象回收。
• 小结
  标记清除算法，虽然会产生很多的内存碎片，但是不需要移动太多对象，比较适合对象存活多的时候。
  复制算法，虽然会将内存折半，但是可以使得内存连续，适合对象少的情况。
  标记压缩算法则是标记清除算法的优化版本，也要经过标记，但是只是压缩到另一边。使得保持内存连续。

分代思想

以上我们介绍了三种垃圾回收算法，但是在JVM实际进行垃圾回收的时候则不是单独的只用某一种算法。而是根据实际情况，采用不同的算法。
所谓分代算法：就是根据JVM不同的内存区域，采用不同的垃圾回收算法。例如对于存活对象少的新生代区域，采用复制算法，因为对象比较少，可以将需要回收和不需要回收的对象移动到未使用区域和使用区域。对于存活对象比较多的老年代区域，则可以采用标记清除或者标记压缩算法，因为这样一来就不用移动太多对象。

分区思想

以上分代思想是根据对象的数量多少来划分，新生代和老年代。分区思想则是根据对象的生命周期长短来划分老年代和新生代。然后根据不同代采用不同的垃圾回收算法。但在JVM中其实还有一个分区思想，就是将整个堆空间划分成连续的不同小区域，每个期间都独立使用。独立回收。以下图我们来小结以上分析的JVM垃圾回收机制

image.png