Java中的垃圾回收

垃圾回收

确定对象是否存活？

两种确定对象是否存活：

• 引用计数算法
• 可达性分析算法
  

引用计数算法

给对象中添加引用计数器，若有一个引用，则计数值加一，若引用失效，计数值减一。
存在的问题：难以解决循环引用问题。

可达性分析算法

通过GC Roots作为起始节点，根据引用关系向下开始搜索，所有搜索走过的路径称为“引用链”。如果一个对象没有到达GC Roots的引用链，则为不可达，可以认为该对象可以被回收。

GC Roots对象

• 虚拟机栈中引用的对象（方法中使用参数，局部变量，临时变量）
• 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（字符串常量池中的引用）
• 本地方法栈中引用的对象
• 虚拟机内部的引用（基本数据类型对象的Class对象）
• 被synchronized持有的对象。

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引用

分类

• 强引用 ：引用不会被垃圾收集器回收。通过 new 创建的引用。
• 软引用 ：在内存不足时，对于这些进行回收。通过 SoftReference 创建软引用。
• 弱引用 ：对象存活到下一次垃圾收集。通过 WeakReference 创建弱引用。
• 虚引用 ：不影响对象的生存周期，无法通过虚引用获得对象实例。用于在对象被回收时收到系统通知。

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回收方法区

主要是回收：

• 废弃的 常量
• 不再使用的 类型 
  

判断一个类是否可以被回收的条件

• 该类的所有实例对象已被回收。（堆中不存在该类及其子类的实例）
• 加载该类的类加载器已被回收。
• 对应的Class对象没有被引用。

注：大量使用 反射 ， 动态代理 的场景中，需要有类型卸载的能力。

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垃圾收集算法

Java堆的划分：

• 新生代：对象创建的区域，每次垃圾收集会回收大量的对象。
• 老年代：保存着生存周期较长的对象。
  

垃圾收集分类：

• Minor GC/Young GC：目标为新生代的垃圾收集。
• Major GC/Old GC：目标是老年代的垃圾收集。（CMS）
• Mixed GC：收集整个新生代和部分老年代的垃圾收集（G1）

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三种主要的垃圾收集算法

• 标记-清除算法
• 标记-复制算法
• 标记-整理算法
  

标记-清除算法

分为两个阶段：

• 标记处所有 需要回收 的对象。
• 回收所有被标记的对象。
  

存在的问题

• 被回收的对象很多时，效率较低。
• 会导致内存碎片，内存利用率低。
  

标记-复制算法

流程：

将内存划分成两块，每次只使用其中一块。当这一块用完时，将存活的对象复制到另外一块中，然后回收这一块。
优化：将新生代分为：

• Eden区
• From Survivor
• To Survivor

Eden : Survivor = 8 : 2
每次使用Eden区和其中一个Survivor区。当内存不足时，将存活的对象复制到另外一个Survivor区，然后将Eden区和Survivor区进行回收。（Survivor区不足容纳存活的对象时，会使用老年区）

不足

每次使用内存的一部分，利用率低。

标记-整理算法

不会产生空间碎片。

流程：

• 标记所有可以回收的对象。
• 将所有存活的对象向内存空间一端移动。
• 直接清理边界以外的内存。
  

不足

移动对象带来的引用的更新导致整体效率较低，必须暂停用户线程才能执行。
关注吞吐量 --> 标记-整理算法
关注延迟 --> 标记-清除算法

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垃圾收集器

• 新生代：
  • Serial收集器
  • ParNew收集器
  • Parallel Scavenge收集器
• 老年代：
  • Serial Old 收集器(MSC)
  • Parallel Old收集器
  • CMS收集器
• 整个堆：G1收集器
  

Serial收集器

• 单线程
• 回收新生代
• 采用标记-复制算法回收
• 暂停用户线程（Stop The World）
• 客户端默认
  

ParNew收集器

• 多线程并行收集
• 回收新生代
• 需要暂停所有用户线程
• 采用标记-复制算法
• 服务端默认
  

Parallel Scavenge收集器

• 回收新生代
• 多线程并行收集
• 基于标记-复制算法
• 暂停用户线程
• 目标：达到可控的吞吐量（用户代码运行时间与处理器总消耗时间之比），高效率完成垃圾回收任务，适用于后台运算不需要太多交互的任务。
  

Serial Old收集器

• 回收老年代
• 单线程收集
• 基于 标记-整理算法
• 暂停所有用户线程
  

Parallel Old收集器

• 回收老年代
• 多线程并发收集
• 采用 标记-整理算法
• 暂停用户线程
• 吞吐量优先的垃圾收集器，可与Parallel Scavenge搭配使用。
  

CMS收集器

• 以获得最短停顿时间为目标，重视响应速度
• 回收老年代
• 采用 标记-清除算法
• 分为四个阶段
  • 初始标记
  • 并发标记
  • 重新标记
  • 并发清除
    

流程：

• 初始标记：需要暂停用户线程，使用一个线程标记GC Roots能直接关联的对象。
• 并发标记：单个线程，与用户线程并发执行，标记所有可可达对象。
• 重新标记：需要暂停用户线程，多线程并发执行，用来修正由于用户线程执行导致的标记变动。
• 并发清除：与用户线程并发执行，使用一个线程清除所有不可达的对象。
  

不足：

• 对于CPU资源敏感，占用部分线程，导致响应变慢。
• 无法处理浮动垃圾。由于GC线程与用户线程并发执行，对于新产生的垃圾无法回收，所以必须预留空间给用户线程。
• 采用 标记-清除算法 ，可能导致内存碎片。
  

G1收集器

特点：

• 回收的范围是整个新生代和老年代
• 将Java堆分成大小相等的区域（Region）
• 通过对每个Region计算其回收价值（获得的空间和花费的时间），在后台维护一个优先队列，根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。
  

流程：

• 初始标记
• 并发标记
• 最终标记
• 筛选回收：暂停用户线程，多线程并发回收。
  • 首先对每个Region进行按照回收价值和成本进行排序。
  • 再根据用户的期望停顿时间制定回收计划。