Java之GC机制 / 开普饭

1 JVM基本结构

1）类加载器classLoader：在JVM启动时或者类运行时将需要的.class文件加载到内存中

2）内存区域（运行时数据区）：是在JVM运行的时候操作所分配的内存区

3）执行引擎：负责执行class文件中包含的字节码指令

4）本地方法接口：主要是调用C/C++实现的本地方法及返回结果

2 JVM内存结构

1 ) 方法区：用于存储类结构信息的地方，包括常量池、静态变量、构造函数等。

2） Java堆（heap）：存储Java实例或者对象的地方。这块是gc的主要区域

3） Java栈（stack）：Java栈总是和线程关联的，每当创建一个线程时，JVM就会为这个线程创建一个对应的Java栈。在这个java栈中又会包含多个栈帧，每运行一个方法就创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作栈、方法返回值等。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在java栈中入栈到出栈的过程。所以java栈是线程私有的。

4）程序计数器：用于保存当前线程执行的内存地址，由于JVM是多线程执行的，所以为了保证线程切换回来后还能恢复到原先状态，就需要一个独立的计数器，记录之前中断的地方，可见程序计数器也是线程私有的

5）本地方法栈：和Java栈的作用差不多，只不过是为JVM使用到的native方法服务的

3 Java对象引用

Java对象的引用可以分为4类：强引用、软引用、弱引用和虚引用。

1）强引用：通常可以认为是通过new出来的对象，即使内存不足，GC进行垃圾收集的时候也不会主动回收。

Object obj = new Object();

2）软引用：在内存不足的时候，GC进行垃圾收集的时候会被GC回收

Object obj = new Object();
SoftReference<Object> softReference = new SoftReference<>(obj);

3）弱引用：无论内存是否充足，GC进行垃圾收集的时候都会回收

Object obj = new Object();
WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<>(obj);

4）虚引用：和弱引用类似，主要区别在于虚引用必须和引用队列一起使用

Object obj = new Object();
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(obj, referenceQueue);

引用队列：如果软引用和弱引用被GC回收，JVM就会把这个引用加到引用队列里，如果是虚引用，在回收前就会被加到引用队列里。

4 GC机制

垃圾收集器一般完成两件事->检测出垃圾->回收垃圾

1) 对象的年龄相关知识

对象的年龄，如果在一次垃圾回收过程中有使用该对象的，则将对象年龄加1，否则减1，当计数为0，则进行回收，如果年龄达到一定数字则进入老生代。总的来说内存分配机制主要体现在对象创建之后是否仍在使用，已经不使用的则回收，继续使用的则对其年龄进行更新，达到一定程度，转移到年老代。

下图所示是堆中内存分配示意图，创建一个对象，首先会在eden区域分配区域，如果内存不够，就会将年龄大的转移到Survivor区，当survivor区域存储不下，则会转移年老代的。对于一些静态变量不需要使用对象，直接调用的，则会被放入永生代。一般来说长期存活的对象最终会被存放到年老代，还有一种特殊情况也会被存放到年老代，就是创建大对象时，比如数据这种需要申请连续空间的，如果空间比较大的，则会直接进入年老代

2) 垃圾检测方法

引用计数法：给每个对象添加引用计数器，每个地方引用它，计数器就+1，失效时-1。如果两个对象互相引用时，就导致无法回收
可达性分析算法：以根集对象为起始点进行搜索，如果对象不可达的话就是垃圾对象。根集（Java栈中引用的对象、方法区中常量池中引用的对象、本地方法中引用的对象等。JVM在垃圾回收的时候，会检查堆中所有对象是否被这些根集对象引用，不能够被引用的对象就会被垃圾回收器回收。）

3) 垃圾回收算法

标记-清除:首先标记所有需要回收的对象，在标记完成之后统计回收所有被标记的对象，它的标记过程即为上面的可达性分析算法,清除所有被标记的对象,缺点：效率不足，标记和清除效率都不高，空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，导致大对象分配无法找到足够的空间，提前进行垃圾回收。
复制算法：复制算法将可用的内存分成两份，每次使用其中一块，当这块回收之后把未回收的复制到另一块内存中，然后把使用的清除。这种算法运行简单，解决了标记-清除算法的碎片问题，但是这种算法代价过高，需要将可用内存缩小一半，对象存活率较高时，需要持续的复制工作，效率比较低 优点：保证了空间的连续性，又避免了大量的内存空间浪费.
标记-整理算法：标记过程与标记-清除的标记一样，但后续不是对可回收对象进行清理，而是让所有的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。样既可以避免不连续空间出现，还可以避免对象存活率较高时的持续复制。这种算法适合老生代。
分代收集算法： 分代收集算法就是目前虚拟机使用的回收算法，它解决了标记整理不适用于老年代的问题，将内存分为各个年代，在不同年代使用不同的算法，从而使用最合适的算法，新生代存活率低，可以使用复制算法。而老年代对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，所以使用标记整理算法

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