Java的垃圾回收机制

垃圾收集GC（Garbage Collection）是Java语言的核心技术之一， 在Java中，程序员不需要去关心内存动态分配和垃圾回收的问题，这一切都交给了JVM来处理。针对GC我们这篇文章提出以下几个问题，GC中判定为垃圾的标准，标记垃圾的算法以及回收垃圾的算法。

什么样的对象才是垃圾？

这个问题其实很简单，对于Java对象来讲，如果说这个对象没有被其他对象所引用该对象就是无用的，此对象就被称为垃圾，其占用的内存也就要被销毁。那么自然而然的就引出了我们的第二个问题，判断对象为垃圾的算法都有哪些？

标记垃圾的算法

Java中标记垃圾的算法主要有两种， 引用计数法和可达性分析算法。我们首先来介绍引用计数法。

引用计数法

引用计数法就是给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器就加 1；当引用失效，计数器就减 1；任何时候计数器为 0 的对象就是不可能再被使用的，可以当做垃圾收集。这种方法实现起来很简单而且优缺点都很明显。

• 优点 执行效率高，程序执行受影响较小

• 缺点 无法检测出循环引用的情况，导致内存泄露

优点我们很好理解，那么什么是循环引用呢？我们举一个简单的例子。

public class MyObject {
    public MyObject childNode;
}

 

public class ReferenceCounterProblem {
    public static void main(String[] args) {
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();
        object1.childNode = object2;
        object2.childNode = object1;
    }
}

 

从上述代码中我们可以看出，object1和object2并没有任何价值，但是他们循环引用，造成内存泄露。

可达性分析算法

这个算法的基本思想就是通过一系列的称为 “GC Roots” 的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，节点所走过的路径称为引用链，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连的话，则证明此对象是不可用的。

那么什么对象可以作为GCRoot？

• 虚拟机栈中的引用对象

• 方法区中的常量引用对象

• 方法区中的类静态属性引用对象

• 本地方法栈中的引用对象

• 活跃线程中的引用对象

可达性分析算法如下图所示

那么不可达的对象是否是必死之局呢？答案也是否定的

在可达性分析法中不可达的对象，它们暂时处于“缓刑阶段”，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程；可达性分析法中不可达的对象被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行 finalize 方法。当对象没有覆盖 finalize 方法，或 finalize 方法已经被虚拟机调用过时，虚拟机将这两种情况视为没有必要执行。被判定为需要执行的对象将会被放在一个队列中进行第二次标记，除非这个对象与引用链上的任何一个对象建立关联，否则就会被真的回收。

如何将垃圾回收？

在Java中存在着四种垃圾回收算法，标记清除算法、复制算法、标记整理算法以及分代回收算法。我们接下来会分别介绍他们。

标记清除算法

该算法分为“标记”和“清除”两个阶段：标记阶段的任务是标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就是回收被标记的对象所占用的空间。它是最基础的收集算法，效率也很高，但是会带来两个明显的问题：

• 效率问题

• 空间问题（标记清除后会产生大量不连续的碎片）

该算法具体流程如下图所示

复制算法

为了解决效率问题，我们开发出了复制算法。它可以将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块。当第一块的内存使用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉。这样就使每次的内存回收都是对内存区间的一半进行回收。

简单来说就是该对象分为对象面以及空闲面，对象在对象面上创建，对象面上存活的对象会被复制到空闲面，接下来就可以清除对象面的内存。

这种算法的优缺点也比较明显

• 优点：解决碎片化问题，顺序分配内存简单高效

• 缺点：只适用于存活率低的场景，如果极端情况下如果对象面上的对象全部存活，就要浪费一半的存储空间。

标记整理算法

为了解决复制算法的缺陷，充分利用内存空间，提出了标记整理算法。该算法标记阶段和标记清除一样，但是在完成标记之后，它不是直接清理可回收对象，而是将存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。 如下图所示：

分代收集算法

当前虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法就是根据具体的情况选择具体的垃圾回收算法。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。

本篇文章我们介绍了 JavaGC 方面的内容，主要讲了判断垃圾的机制，以及常用的一些垃圾回收算法，希望能够对你有所帮助。