深入JVM内核（三）对象存活判定算法与垃圾收集算法

date: 2018-10-16 13:02:54

对象存活判定算法

引用计数法（Reference Counting）

思路很简单，给每个对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器值加一；当引用失效时，计数器值减一。任何时候，当计数器值为0就不可能再被使用了。

引用计数法实现简单，判断效率也高。但是主流的Java虚拟机里面没有使用引用计数法来管理内存。主要的原因在于它很难解决对象之间相互循环引用的问题。

可达性分析算法（Reachability Analysis）

算法思路：通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始往下开始搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots之间没有任何引用链相连，则证明此对象时不可用的。

可作为GC Roots对象包括以下几种：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用对象
• 方法区中类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JNI（即一般说的Native方法）引用的对象

再谈引用

如果一个对象分为被引用或者没有被引用两种状态有些狭隘。
我们希望描述这样一类对象：当内存空间还足够时，则能保留再内存之中；如果内存空间再进行垃圾收集之后还是非常紧张，则可以抛弃这些对象。
在JDK1.2后，对引用进行了扩充，将引用分为：强引用、软引用、弱引用、虚引用。

• 强引用：只要强引用还在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
• 软引用：描述一些还有用但并非必需的对象。在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。
• 弱引用：描述一些非必需的对象。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。
• 虚引用：一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存周期产生影响，也无法通过虚引用来获取一个对象实例。它的唯一作用是这个对象在被垃圾收集器回收时收到一个系统通知。

“缓刑”与finalize()方法

即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并不是“非死不可”，可能会处于“缓刑”阶段。
要宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后没有与GC Roots相关联的引用链，那它将会被第一次标记并进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当没有对象覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，这两种情况被视为没有必要执行finalize()方法。

注意：任何一个对象的finalize()方法都只能被系统自动调用一次。

实例：

public class CanReliveObj {
    public static CanReliveObj obj;

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("CanReliveObj finalize called");
        obj=this;
    }

    @Override
    public String toString(){
        return "I am CanReliveObj";
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
        obj = new CanReliveObj();
        obj = null;   //可复活
        System.gc();
        Thread.sleep(1000);
        if(obj == null) {
            System.out.println("obj 是 null");
        } else {
            System.out.println("obj 可用");
        }
        System.out.println("第二次gc");
        obj = null;    //不可复活
        System.gc();
        Thread.sleep(1000);
        if(obj == null) {
            System.out.println("obj 是 null");
        } else {
            System.out.println("obj 可用");
        }
    }
}

输出：

CanReliveObj finalize called
obj 可用
第二次gc
obj 是 null

可触及性

可触及的：
从根节点可以触及到这个对象

可复活的：
一旦所有引用被释放，就是可复活状态
因为在finalize()中可能复活该对象

不可触及的：
在finalize()后，可能会进入不可触及状态
不可触及的对象不可能复活
可以回收

垃圾收集(Garbage Collection)算法

标记-清除算法（Mark-Sweep）

算法分为“标记”和“清除”两个阶段。首先标记所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。 标记过程就是判断对象生死的过程。

缺点：

• 标记和清除两个过程的效率都不高
• 空间问题，清除后会产生大量不连续的内存碎片

复制算法（Copying）

将可用的内存容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。
当这块的内存使用完了，就将还存活的对象复制到另一块内存上，然后使用过的内存空间一次性清理。

缺点：
空间浪费，每次只能使用一半的内存空间。
如果对象的存活率较高，就会有太多的复制操作，效率会降低。所以老年代不采用这种算法。

改进的复制算法：
将内存空间分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间（幸存区）。
每次使用Eden和其中一个Survivor。回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性的复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。

标记整理算法（Mark-Compact）

首先标记所有需要回收的对象，然后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。

分代收集算法（Generational Collection）

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用的一种方法。
思想是：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是将Java堆分为新生代和老年代。

在新生代中，每次垃圾回收时都会发现大批对象死去，只有少量存活，所以使用复制算法，只需要复制少量的存活对象就可以完成收集。

在老年代中，对象存活率较高，使用标记清理或者标记整理算法较好。

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参考：

• 周志明. 深入理解JVM虚拟机
• 炼数成金