GC

垃圾收集(Garbage Collection, GC)

深入理解Java虚拟机（第2版） 第 3 章读书笔记

1 概述

GC 需要考虑完成的 3 件事情：

• 哪些内存需要回收？
• 什么时候回收？
• 如何回收？

一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，只有在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集所关注的是这部分内存。

2 对象已死吗

可达性分析算法

如果判断对象死去？Java 的主流实现是可达性分析（Reachability Analysis）来判断对象是否存活的。该算法的基本思路就是通过一系列的被称为 “GC Roots” 的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连（用图论的话说，就是从 GC Roots 到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

在 Java 语言中，可作为 GC Roots 的对象包括下面几种：

• 虚拟机栈（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。
• 本地方法栈中的 JNI (即一般说的 Native 方法) 应用的对象。

再谈引用

在 JDK 1.2 之后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为如下 4 种，这 4 种引用强度依次逐渐减弱。

• 强引用（Strong Reference） 是指在程序代码中普遍存在的，类似于Object obj = new Object(); 这类引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
• 软引用（Soft Reference） (SoftReference 类来实现)是用来描述一些还有用但并非必需的对象。关于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
• 弱引用（Weak Reference） (WeakRefernce 类来实现)也是用来描述一些非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被软引用关联的对象。
• 虚引用/幽灵引用/幻影引用（Phantom Reference） (PhantomReference 类来实现)是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生成时间构成影响，也无法通过虚引用来获取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

3 垃圾收集算法

常见的几种垃圾收集算法：

• 标记-清除算法（Mark-Sweep） 是最基础的收集算法。算法分为“标记”和“清理”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。
• 复制算法（Copying） 是将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另外一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。现在商业虚拟机采用该是算法来回收新生代。将内存分为一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survivor 空间，每次使用 Eden 和其中一块 Survivor。当回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性复制到另外一块 Survivor 空间上，最后清理掉 Eden 和刚才使用过的 Survivor 空间。HotSpot 虚拟机默认 Eden 和 Survivor 的大小比例时 8 : 1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的 90% （80% + 10%），只有 10% 的内存会被浪费掉。当 Survivor 空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行 分配担保（Handle Promotion）。如果另外一块 Survivor 空间没用足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。
• 标记-整理算法（Mark-Compact） 。这是因为复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将变低。此外，如果不想浪费 50% 的空间，就需要额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象 100% 存活的极端情况。
• 分代收集算法（Generational Collection） 是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适用的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清除”或者“标记-整理”算法来进行回收。

4 HotSpot 的算法实现