深入理解Java虚拟机之【垃圾回收相关算法】

一、标记阶段：引用计数算法

是什么？

• 对每个对象保存一个整型的引用计数器属性，用于记录被对象引用的情况，被对象引用了就+1，引用失效就-1，0表示不可能再被使用，可进行回收

优点

• 实现简单，垃圾便于辨识，判断效率高，回收没有延迟性

缺点

• 需要单独的字段存储计数器，增加了存储空间的开销

• 每次赋值需要更新计数器，伴随加减法操作，增加了时间开销

• 无法处理循环引用的情况，致命缺陷，导致JAVA的垃圾回收器中没有使用这类算法

二、标记阶段：可达性分析算法

Java 的选择

是什么？

• 以根对象（GCRoots）为起始点，按照从上到下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达，使用可达性分析算法后，内存中存活的对象都被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链

• 如果目标对象没有与任何引用链相连，则是不可达的，意味着该对象已经死亡，可以标记为垃圾对象，在可达性分析算法中，只有能够被根对象集合直接或者间接连接的对象才是存活的对象

GC Roots有哪些？

• 虚拟机栈中引用的对象
• 本地方法栈内 JNI 引用的对象
• 方法区中静态属性引用的对象
• 方法区中常量引用的对象
• 所有被同步锁synchronized持有的对象
• Java虚拟机内部的引用
• 反映java虚拟机内部情况的JMXBean,JVMTI中注册的回调，本地代码缓存等
• 由于Root采用栈方式存放变量和指针，所以如果一个指针，它保存了堆内存里面的对象，但是自己又不存放在堆内存里面，那么它就是一个Root

除了固定的GC Roots集合之外，根据用户选择的垃圾收集器以及当前回收的内存区域不同，还可以有其他对象临时性的加入，共同构成完整GCRoots集合，比如分代收集和局部回收

如果需要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收，那么分析工作必须在一个能保障一致性的快照中进行。这点不满足的话，分析结果的准确性就无法保证。这也是GC进行时必须STW的一个重要原因，即使是号称几乎不会发生停顿的CMS收集器中，枚举根节点也是必须要停顿的。

三、对象的finalization机制

Java语言提供了对象终止finaliztion机制来允许开发人员提供对象被销毁之前的自定义处理逻辑

当垃圾回收器发现没有引用指向一个对象，即垃圾回收此对象之前，总会先调用这个对象的finalize（）方法

finalize（）方法允许在子类中被重写，用于在对象被回收时进行资源释放，通常在这个方法中进行一些资源释放和清理的工作，比如关闭文件，套接字和数据库链接等

定义虚拟机的对象可能的三种状态

• 可触及的：从根节点开始，可以到达这个对象

• 可复活的：对象的所有引用都被释放了，但是对象有可能在finalize（）中复活

• 不可触及的：对象的finalize（）被调用，并且没有复活，那么就会进入不可触及状态。不可触及的对象不可能被复活，因为finalize（）只会被调用一次

只有对象再不可触及时才可以被回收

判断一个对象 A 是否可以被回收，至少需要经历两次标记过程

• 1、如果对象到GCRoots没有引用链，则进行第一次标记
• 2、进行筛选，判断此对象是否有必要执行finalize（）方法
  • 如果对象A没有重写finalize方法，或者finalize方法已经被虚拟机调用过，则虚拟机视为没有必要执行，对象A被判定为不可触及的
  • 如果对象A重写 finalize（）方法，且还未执行过，那么A会被插入到 F-queue 队列中，有一个虚拟机自动创建的，低优先级的Finalizer线程触发其 finalize（）方法执行
  • finalize方法是对象逃脱死亡的最后机会，稍后GC会对 F-queue 队列中的对象进行第二次标记，如果A在 finalize 方法中与引用链上的任何一个对象建立了联系，那么在第二次标记时，A会被移除即将回收集合。之后，对象会再次出现没有引用存在的情况下，finalize方法不会再被调用，对象直接变为不可触及状态.

四、清除阶段：标记-清除算法

• 标记：从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象，一般是在对象Header中记录为可达对象（注意标记引用对象，不是垃圾对象）

• 清除：对堆内存从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象，则将其回收

• 缺点

  效率不算高
  
  在GC的时候，，需要停止整个应用程序，导致用户体验差。
  
  这种方式清理出来的空闲内存不连续，产生内存碎片，需要维护一个空闲列表
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• 所谓的清除并不是真的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里，下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够就存放。

五、清除阶段：复制算法

• 将内存空间分为两块，每次使用其中一块。在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活的对象复制到未被使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中的所有的对象，交换两个内存的角色，最后完成垃圾回收.

• 优点

  没有标记和清除的过程，实现简单高效
  
  复制过去以后的保证空间的连续性，不会出现碎片的问题
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• 缺点

  需要两倍的内存空间
  
  对于G1这种拆分为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间的引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小。
  
  如果系统中的垃圾对象很多，需要复制的存活对象数量并不会太大，或者非常低才行
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六、清除阶段：标记-压缩算法

• 标记-压缩算法也叫标记整理算法，第一个阶段和标记清除算法一样，从根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段将所有的存活对象压缩在内存的一端，按照顺序排放，之后清理边界外所有的空间

• 最终效果等同于标记清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理。

• 与标记清除算法本质区别，标记清除算法是非移动式的算法，标记压缩是移动式的

• 优点

  消除了标记清除算法内存区域分散的缺点
  
  消除了复制算法中，内存减半代价
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• 缺点

  从效率上来讲，标记整理算法要低于复制算法
  
  移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址
  
  移动的过程中，需要全程暂停用户应用程序，即STW
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七、分代收集算法

• 不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率

• 几乎所有的GC都采用分代收集算法执行垃圾回收的

• 在HotSpot中

  • 年轻代：生命周期短，存活率低，回收频繁
  • 老年代：区域较大，生命周期长，存活率高，回收不及年轻代频繁

八、增量收集算法、分区算法

• 增量收集算法

  每次垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程，依次反复，直到垃圾收集完成
  
  通过对线程间冲突的妥善管理，允许垃圾收集线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作
  
  缺点：线程和上下文切换导致系统吞吐量的下降
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• 分区算法

  为了控制GC产生的停顿时间，将一块大的内存区域分割成多个小块
  
  根据目标的停顿时间，每次合理的回收若干个小区间，而不是整个堆空间，从而减少一次GC所产生的时间
  
  分代算法是将对象按照生命周期长短划分为两个部分，分区算法是将整个堆划分为连续的不同的小区间
  
  每一个小区间都独立使用，独立回收，这种算法的好处是可以控制一次回收多少个小区间
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OVER(∩_∩)O~