什么是垃圾回收機(jī)制

為了讓程序員更加專注于代碼的實(shí)現(xiàn)，而不用過多的考慮內(nèi)存釋放的問題，所以在Java語言中，有了自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制，也是我們常常提及的GC(Garbage Collection)

有了這個(gè)垃圾回收機(jī)制之后，程序員只需要考慮內(nèi)存的申請(qǐng)即可，內(nèi)存的釋放由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別完成。在垃圾回收的時(shí)候，不同的對(duì)象引用類型，GC會(huì)采用不同的回收時(shí)機(jī)，換句話說自動(dòng)垃圾回收算法就會(huì)變得非常重要，如果因?yàn)樗惴ǖ牟缓侠?，?dǎo)致內(nèi)存資源一直沒有釋放，同樣也可能導(dǎo)致內(nèi)存資源一直沒有被釋放，同樣也可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出

對(duì)象什么時(shí)候可以被垃圾回收

簡單用一句話來說：人如果一個(gè)或者多個(gè)對(duì)象沒有任何的引用指向它，那么這個(gè)對(duì)象現(xiàn)在就是垃圾，如果定位成垃圾，那么就有可能被垃圾回收器回收

如果要定位什么是垃圾，有兩種方式來確定，第一個(gè)是引用計(jì)數(shù)法，第二個(gè)是可達(dá)性分析算法

引用計(jì)數(shù)法

一個(gè)對(duì)象被引用一次，在當(dāng)前對(duì)象頭上遞增一次引用次數(shù) ，如果這個(gè)對(duì)象的引用次數(shù)為0，代表這個(gè)對(duì)象可以被回收

String demo = new String("123");

String demo = null;

當(dāng)對(duì)象間出現(xiàn)了循環(huán)引用的話，則引用計(jì)數(shù)法就會(huì)失效，如下圖：

雖然a和b都為null，但是由于a和b存在循環(huán)引用，這樣a和b永遠(yuǎn)都不會(huì)被回收

引用計(jì)數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)：

• 實(shí)時(shí)性較高，無需等到內(nèi)存不夠的時(shí)候，才開始回收，運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的計(jì)數(shù)器是否為0，就可以直接回收
• 在垃圾回收過程中，應(yīng)用無需掛起。如果申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存不足，則立刻報(bào)OOM錯(cuò)誤
• 區(qū)域性，更新對(duì)象的計(jì)數(shù)器時(shí)，只是影響到該對(duì)象，不會(huì)掃描全部對(duì)象

缺點(diǎn)：

• 每次對(duì)象被引用時(shí)，都需要去更新計(jì)數(shù)器，有一點(diǎn)時(shí)間開銷
• 浪費(fèi) CPU 資源，即使內(nèi)存夠用，仍然在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)器的統(tǒng)計(jì)
• 無法解決循環(huán)引用問題，會(huì)引發(fā)內(nèi)存泄露 （最大的缺點(diǎn)）

可達(dá)性分析算法

現(xiàn)在的虛擬機(jī)采用的都是通過可達(dá)性分析算法來確定哪些內(nèi)容是垃圾

首先會(huì)存在一個(gè)根節(jié)點(diǎn)（GC Roots），引出它下面指向的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在以下一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始為開始找到它下面的節(jié)點(diǎn)，依次往下類推，直到所有節(jié)點(diǎn)全部遍歷完畢。這個(gè)思想類似于算法中的并查集

如上圖，X和Y就是GC Roots無法到達(dá)的節(jié)點(diǎn)，那么X和Y就可以被認(rèn)為是垃圾

根對(duì)象是那些肯定不能當(dāng)作垃圾回收的對(duì)象，就可以當(dāng)作根對(duì)象。一般有四種類型可以選做根對(duì)象：

虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對(duì)象

方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象

方法區(qū)中常量引用的對(duì)象

本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）引用的對(duì)象（不常用）

JVM垃圾回收算法有哪些

剛剛已經(jīng)講解完了如何定義垃圾，那么定義完成之后的垃圾有一系列的處理算法

標(biāo)記清除算法

標(biāo)記清除算法，是將垃圾回收分為兩個(gè)階段，分別是標(biāo)記和清除

• 根據(jù)可達(dá)性分析算法得出了垃圾進(jìn)行標(biāo)記
• 對(duì)這些標(biāo)記為可回收的內(nèi)容進(jìn)行垃圾回收

標(biāo)記清除算法有一定的劣勢：

• 效率比較低，標(biāo)記和清除兩個(gè)動(dòng)作都是需要遍歷所有的對(duì)象，并且GC的時(shí)候，需要停止應(yīng)用程序，對(duì)于交互性要求比較高的應(yīng)用而言這個(gè)不是很推薦
• （重要）通過標(biāo)記清除算法清理出來的內(nèi)存，碎片化比較嚴(yán)重，因?yàn)楸换厥盏膶?duì)象可能存在于內(nèi)存的各個(gè)角落，所以清理出來的內(nèi)存不是很連貫

復(fù)制算法

復(fù)制算法的核心就是，將原來的內(nèi)存空間一分為二，每次都是用其中的一塊內(nèi)存。在垃圾回收的時(shí)候，將正在使用的對(duì)象復(fù)制到另一個(gè)內(nèi)存空間中，然后將該內(nèi)存空間清空，交換兩個(gè)內(nèi)存的角色，完成垃圾的

如果內(nèi)存中的垃圾對(duì)象較多，需要復(fù)制的對(duì)象就較少，這種情況下適合使用該 方式并且效率比較高，反之，則不適合

復(fù)制算法的執(zhí)行流程：

• 將內(nèi)存區(qū)域分成兩個(gè)部分，每次只是操作其中的一個(gè)
• 當(dāng)進(jìn)行垃圾回收的時(shí)候，將正在使用的內(nèi)存區(qū)域中的存活對(duì)象移動(dòng)到未使用的內(nèi)存區(qū)域。當(dāng)移動(dòng)完成之后，對(duì)這一部分內(nèi)存進(jìn)行一次性清除

優(yōu)點(diǎn)：

• 在垃圾對(duì)象多的情況下，效率較高
• 清理后，內(nèi)存無碎片

缺點(diǎn)：

• 分配的2塊內(nèi)存空間，在同一個(gè)時(shí)刻，只能使用一半，內(nèi)存使用率較低

標(biāo)記整理算法

標(biāo)記整理算法是在標(biāo)記清除算法的基礎(chǔ)上，做了優(yōu)化和改進(jìn)的算法。和標(biāo)記清除算法一樣，也是從根節(jié)點(diǎn)開始，對(duì)對(duì)象的引用進(jìn)行標(biāo)記，在清理階段，并不是簡單的直接清理可回收對(duì)象，而是將存活對(duì)象都向內(nèi)存的另一端移動(dòng)，讓然后清理邊界以外的垃圾，從而解決了碎片化的問題

標(biāo)記整理算法的執(zhí)行流程：

• 標(biāo)記垃圾
• 需要清楚的向右走，不需要清楚的向左走
• 清除邊界以外的垃圾

優(yōu)缺點(diǎn)：

• 解決了標(biāo)記清除算法的碎片化的問題
• 標(biāo)記壓縮算法多了一步，對(duì)象移動(dòng)內(nèi)存位置的步驟，其效率也有有一定的影響
• 復(fù)制算法標(biāo)記完就復(fù)制，但標(biāo)記整理算法得等把所有存活對(duì)象 都標(biāo)記完畢，再進(jìn)行整理

分代收集算法

在Java8時(shí)，堆被分成兩份新生代和老年代（1：2），在Java7的時(shí)候，還存在一個(gè)永久代，Java8將其移動(dòng)到本地內(nèi)存的元空間中

對(duì)于新生代，內(nèi)部被分為三個(gè)區(qū)域：Eden區(qū)，兩個(gè)大小完全相同的survivor區(qū)S0（from）和S1（to）（8：1：1）

分代收集算法執(zhí)行流程：

新建的對(duì)象都會(huì)先分配代eden區(qū)，當(dāng)eden區(qū)內(nèi)存不足的時(shí)候，會(huì)標(biāo)記eden區(qū)和from區(qū)（現(xiàn)階段還沒有）的存活對(duì)象

將存活下來的對(duì)象采用復(fù)制算法復(fù)制到to中，復(fù)制完畢之后，eden和from內(nèi)存得以釋放

經(jīng)過一段時(shí)間之后，eden區(qū)的內(nèi)存又不足了，標(biāo)記eden區(qū)和to區(qū)存活的對(duì)象，將存貨的對(duì)象復(fù)制到from區(qū)

當(dāng)幸存區(qū)對(duì)象熬過幾次回收（最多15次），晉升到老年代（幸存區(qū)內(nèi)存不足 或大對(duì)象會(huì)導(dǎo)致提前晉升）

MinorGC 、 Mixed GC 、 FullGC 的區(qū)別是什么

• MinorGC【young GC】發(fā)生在新生代的垃圾回收，暫停時(shí)間短（STW：暫停所有應(yīng)用程序線程，等待垃圾回收的完成）
• Mixed GC 新生代 + 老年代部分區(qū)域的垃圾回收，G1 收集器特有
• FullGC 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時(shí)間長（STW），應(yīng)盡力避免

JVM垃圾回收器有哪些

在JVM中，實(shí)現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括：

• 串行垃圾收集器
• 并行垃圾收集器
• CMS（并發(fā)）垃圾收集器
• G1垃圾收集器

串行垃圾收集器

Serial和Serial Old串行垃圾收集器，是指使用單線程進(jìn)行垃圾回收，堆內(nèi)存較小，適合個(gè)人電腦

• Serial作用于新生代，曹勇復(fù)制算法
• Serial Old作用于年輕代，采用標(biāo)記-整理算法

垃圾回收時(shí)，只有一個(gè)線程在工作，并且Java應(yīng)用中所有線程都要暫停（STW），等待垃圾回收的完成

并行垃圾收集器

Parallel New和Parallel Old是一個(gè)并行垃圾回收器，JDK8默認(rèn)使用此垃圾回收器

• Parallel New作用于新生代，采用復(fù)制算法
• Parallel Old作用于老年代，采用標(biāo)記-整理算法

垃圾回收時(shí)，多個(gè)線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停（STW）， 等待垃圾回收的完成

CMS(并發(fā))垃圾收集器

CMS全稱 Concurrent Mark Sweep，是一款并發(fā)的、使用標(biāo)記-清除算法的垃圾回收器，該回收器是針對(duì)老年代垃圾回收的，是一款以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，停頓時(shí)間短，用戶體驗(yàn)就好。其最大特點(diǎn)是在進(jìn)行垃圾回收時(shí)，應(yīng)用仍然能正常運(yùn)行

G1垃圾收集器

應(yīng)用于新生代和老年代，在JDK9之后默認(rèn)人使用的G1垃圾收集器。其中劃分了很多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都可以充當(dāng)eden，survivor，old，humongous，其中humongous專門為大對(duì)象準(zhǔn)備的。采用的復(fù)制算法，并且注重于響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。運(yùn)行時(shí)主要是分為三個(gè)階段：新生代回收、并發(fā)標(biāo)記、混合收集。如果出現(xiàn)并發(fā)失?。椿厥账俣融s不上創(chuàng)建新對(duì)象的速度），就會(huì)觸發(fā)Full GC

下面來詳細(xì)的講解一下年輕代垃圾回收：

初始的時(shí)候，所有的區(qū)域都處于空閑狀態(tài)

創(chuàng)建了一些對(duì)象，挑出一些空閑區(qū)域作為eden區(qū)存儲(chǔ)這些對(duì)象

當(dāng)eden區(qū)需要垃圾回收時(shí)，挑出一個(gè)空閑區(qū)域作為survivor，用復(fù)制算法復(fù)制存活對(duì)象，需要暫停用戶線程

隨著時(shí)間流逝，eden區(qū)的內(nèi)存又有不足，將eden區(qū)以及之前幸存區(qū)中存活的對(duì)象，采用復(fù)制算法，復(fù)制到新的幸存區(qū)，其中比較老的對(duì)象晉升至老年代

下面來說一下下一個(gè)階段年輕代垃圾回收 + 并發(fā)標(biāo)記：

當(dāng)老年代占用內(nèi)存超過一定的閾值（默認(rèn)是45%）后，觸發(fā)并發(fā)標(biāo)記，這個(gè)時(shí)候無需暫停用戶線程

并發(fā)標(biāo)記之后，會(huì)有重新標(biāo)記階段解決漏標(biāo)問題，此時(shí)需要暫停用戶線程

這些都完成后就知道了老年代有哪些存活對(duì)象，隨后進(jìn)入混合收集階段。此時(shí)不會(huì)對(duì)所有老年代區(qū)域進(jìn)行回收，而是根據(jù)暫停時(shí)間目標(biāo)優(yōu)先回收價(jià)值高 （存活對(duì)象少）的區(qū)域（這也是 Gabage First 名稱的由來）

混合垃圾回收的執(zhí)行流程：

復(fù)制完成，內(nèi)存得到釋放。進(jìn)入到下一輪的新生代回收、并發(fā)標(biāo)記、混合收集

其中H叫做大對(duì)象，如果對(duì)象非常大，就會(huì)開辟一塊連續(xù)的空間存儲(chǔ)巨型對(duì)象

強(qiáng)引用與軟引用與弱引用與虛引用的區(qū)別

強(qiáng)引用：只有所有 GC Roots 對(duì)象都不通過【強(qiáng)引用】引用該對(duì)象，該對(duì)象才能 被垃圾回收

User user = new User()

軟引用：僅有軟引用引用該對(duì)象時(shí)，在垃圾回收后，內(nèi)存仍不足時(shí)會(huì)再次出發(fā)垃圾回收

User user = new User();
SoftReference softReference = new SoftReference(user);

弱引用：僅有弱引用引用該對(duì)象時(shí)，在垃圾回收時(shí)，無論內(nèi)存是否充足，都會(huì)回收弱引用對(duì)象

User user = new User();
WeakReference weakReference = new WeakReference(user);

虛引用：必須配合引用隊(duì)列使用，被引用對(duì)象回收時(shí)，會(huì)將虛引用入隊(duì)，由Reference Handler線程調(diào)用虛引用相關(guān)方法釋放直接內(nèi)存

User user = new User();
ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
PhantomReference phantomReference = new PhantomReference(user,queue);

到此這篇關(guān)于JVM垃圾回收機(jī)制和垃圾回收器詳細(xì)解說的文章就介紹到這了,更多相關(guān)JVM垃圾回收內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！