Java 的内存模型、垃圾回收机制和四种引用方式

一、内存模型

Java中的内存分为五个部分，分别是方法区、虚拟机栈、堆、程序计数器和本地方法区。

1.方法区

存放运行时加载的类信息、静态变量、常量等信息。

2.虚拟机栈

存放对象的引用、方法的返回地址等。
每个线程都有一个栈。

3.堆

主要存放对象的实例。
所有线程共享同一个堆。

4.程序计数器

存放运行程序的行数信息。

5.本地方法区

和方法区类似，但存放的native方法的相关内容。

二、垃圾回收

1.垃圾回收的对象

清理的内容主要是存在于堆和方法区的内容。

2.清理方法

方法一：引用计数：当一个对象被引用次数+1，引用释放时次数-1，=0时即可回收。但是存在互相引用问题，会导致无法回收。
方法二：可达性分析：当一个对象没有通过引用链和GC roots相连的时候，就表示已经没有用，可以回收了。
GC roots有哪些？
- 虚拟机（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
- 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）中引用的对象

3.清理分类和触发条件

1. MINOR GC
   eden满的时候触发。
2. FULL GC
   调用System.gc()会被建议使用full；
   老年区空间不足；
   方法区空间不足；
   MINOR GC方法空间无法满足

4.垃圾回收算法

1. 标记-清除法
   • 做法：
     当发现需要回收的内容时，标记并直接清除。
   • 缺点：
     需要遍历全堆，复杂度高，并且会带来内存碎片等问题
2. 标记-整理法
   • 做法：
     将不需要回收的内容标记并整理到一起，然后清除剩下的部分
   • 优缺点：
     没有内存碎片问题；但是如果存活的多，会产生多次搬运，降低效率。
3. 复制法
   • 做法：
     将内存分两块，每次将存活的对象搬运到另一块，并清理这一块。
   • 优缺点
     清理容易，但是内存利用率低。
4. 分代收集法
   • 理论：
     新创建的对象一般都是生命周期较短的，分块可以优先回收这些。
   • 做法：
     1. 内存分年轻代和年老代，年轻代再分为3区，eden区和a区、b区。新建的对象放在年轻代的eden区；
     2. 当eden区满了，对eden进行gc，把存活的搬入a区
     3. 当eden再次满了，对eden和a区进行gc，将eden区和a区的存活的搬入b区；
     4. 重复2、3步，直到一定次数后，将仍然存活、在a、b区反复搬运的内容搬入年老区；
     5. 年老区满了以后，进行全量gc，即对所有的区都做gc，是最慢的。
   • 优缺点
     挺好的，现在都用分代收集法。

5.垃圾回收的实现

1. 串行回收
2. 并行回收
3. 与用户线程同存的回收
4. G1回收

三、引用方式

强引用(FinalReference)

即使OOM也不会被清理。对对象的引用默认就是这种方式。例如，Object o = new Object();
【FinalReference类不是public的，没办法直接用】

软引用(SoftReference)

当内存不足的时候会被清理。比较适用于缓存。

弱引用(WeakReference)

当没有再被引用时，随时都有可能被清理。
这里写一个小例子来展示弱引用的效果。
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        AtomicInteger integer = new AtomicInteger(12);
        WeakReference<AtomicInteger> reference = new WeakReference<>(integer);
        System.out.println("正在使用时，reference.get()="+reference.get());
        System.gc();
        System.out.println("引用的对象还引用着，reference.get()="+reference.get());
        integer = null;
        System.out.println("引用的对象置空了，但是还未进行垃圾回收，reference.get()="+reference.get());
        System.gc();
        System.out.println("引用的对象置空了，垃圾回收后，reference.get()="+reference.get());
    }
运行结果：
    正在使用时，reference.get()=12
    引用的对象还引用着，reference.get()=12
    引用的对象置空了，但是还未进行垃圾回收，reference.get()=12
    引用的对象置空了，垃圾回收后，reference.get()=null
可以看到：
    被弱引用的对象在还没有结束生命周期时，即使gc也不会被清理；
    当将被弱引用的对象生命周期结束(=null)时，立即去引用里get()，仍然可以拿到，证明了这一刻还未被回收；
    再次调用gc()，这时再get()就已经没有了。

如果把WeakReference换成SoftReference，那么最后一次get的时候就不会是null。

虚引用(PhantomReference)

类似于弱引用，但是在被即将收集时，会被放入一个引用队列。用户可以查询引用队列看是否该对象会被清理，进行一些额外的操作。