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Java GC（Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收）机制，是Java与C++/C的主要区别之一，作为Java开发者，一般不需要专门编写内存回收和垃圾清理代码，对内存泄露和溢出的问题，也不需要像C、C++程序员需面对头疼的内存管理的问题。这是因为在Java虚拟机中，存在自动内存管理和垃圾清除机制。概括地说，该机制对JVM（Java Virtual Machine）中的内存进行标记，并确定哪些内存需要回收，根据一定的回收策略，自动的回收内存，永不停息（Nerver Stop）的保证JVM中的内存空间，防止出现内存泄露和溢出问题。有了垃圾回收机制程序员不需要再关注什么时候释放内存，释放内存这件事儿完全由GC做了，对程序员来说是透明的。尽管如此，作为一名程序员很有必要理解垃圾回收GC(Garbage Collection)是如何工作的。垃圾收集器（Garbage Collector）的本质,就是跟踪所有被引用到的对象，整理不再被引用的对象，回收相应的内存。
一、Java内存分区 在开始介绍GC的主要算法我们先来看一下Java内存管理。Java虚拟机在执行Java程序的时候会把他所管理的内存划分为若干个不同的数据区域，各个区域有各自的用途，以及创建和销毁的时间。有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有的区域则依赖用户线程的启动和结束而创建和销毁。 Java虚拟机会把运行时的数据区域分为以下几个区域： 堆：堆内存是这几块内存区域中最大的一块，堆内存存在的目的是存放对象的实例（通过new创建的对象，对象的引用放在虚拟机栈中指向堆中的实例），在虚拟机启动的时候堆内存也就被创建了，这块内存被所有线程共享，在虚拟机运行期间的所有线程创建的对象的实例都被存储在堆内存中。既然堆被线程所共享，那么线程创建的对象不能一直存放在这里，总会有装不下的时候，在一定条件下，java虚拟机会触发垃圾回收机制（GC），来回收这里被看作没有用的对象，虚拟机所管理的垃圾回收器总是会对这块区域进行管理操作。 栈：java虚拟机栈是用来描述java方法的内存模型，每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，而这个栈帧存储的是方法中的局部变量，操作的数据，方法的入口返回值等信息，当一个方法被调用的时候，就代表着栈帧的入栈直至方法的结束代表着栈帧的出栈。因为虚拟机栈存储的数据决定了他也是线程私有的，每个线程都拥有一个虚拟机栈记录着方法的内容。我们平时所说的栈就是指的是虚拟机栈，其中存储着基本数据类型和指向堆内存中对象的指针（对象的引用）。 本地方法栈：这块区域和虚拟机栈执行的操作其实是一致的，但是他们之间的服务对象不一样，虚拟机栈为java方法服务，而本地方法栈为native方法服务，我们在看源码的时候经常了一看到用native关键字修饰的方法，这种方法的实现是用c/c++实现的，我们在平时是看不到他的源码实现的。 方法区：方法区和堆内存一样，是各个线程共享的数据区域，看到这个方法区这个名字很快能想到这个区域存方法信息，事实上方法区存放的数据很多，包括被虚拟机加载的类信息，用final修饰的常量，String对象，用static修饰的静态变量。 程序计数器：程序计数器是一块很小的内存空间，代表着当前线程执行的字节码的行号指示器，记录着所执行的行号，java虚拟机执行的是由后缀名为.java的文件编译而来的.class文件（字节码文件），所以字节码解释器根据程序计数器来执行字节码文件。每个线程都有自己的程序解释器，这样才能保证程序的正确执行，也就是说程序计数器是线程私有的。
二、垃圾回收机制中的算法Java语言规范没有明确地说明JVM使用哪种垃圾回收算法，但是任何一种垃圾回收算法一般要做2件基本的事情：（1）发现无用信息对象；（2）回收被无用对象占用的内存空间，使该空间可被程序再次使用。 1.引用计数法(Reference Counting Collector) 1.1算法分析 引用计数是垃圾收集器中的早期策略。在这种方法中，堆中每个对象实例都有一个引用计数。当一个对象被创建时，且将该对象实例分配给一个变量，该变量计数设置为1。当任何其它变量被赋值为这个对象的引用时，计数加1（a = b,则b引用的对象实例的计数器+1），但当一个对象实例的某个引用超过了生命周期或者被设置为一个新值时，对象实例的引用计数器减1。任何引用计数器为0的对象实例可以被当作垃圾收集。当一个对象实例被垃圾收集时，它引用的任何对象实例的引用计数器减1。 1.2优缺点 优点：引用计数收集器可以很快的执行，交织在程序运行中。对程序需要不被长时间打断的实时环境比较有利。 缺点：无法检测出循环引用。如父对象有一个对子对象的引用，子对象反过来引用父对象。这样，他们的引用计数永远不可能为0. 1.3引用计数算法无法解决循环引用问题，例如： public class Main {
public static void main(String[] args) {
MyObject o1 = new MyObject();
MyObject o2 = new MyObject();
object1.object = o2;
object2.object = o1;
o1 = null;
o2 = null;
}
}
最后面两句将object1和object2赋值为null，也就是说object1和object2指向的对象已经不可能再被访问，但是由于它们互相引用对方，导致它们的引用计数器都不为0，那么垃圾收集器就永远不会回收它们。 2.tracing算法(Tracing Collector) 或 标记-清除算法(mark and sweep) 2.1根搜索算法 根搜索算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。 java中可作为GC Root的对象有 1.虚拟机栈中引用的对象（本地变量表） 2.方法区中静态属性引用的对象 3. 方法区中常量引用的对象 4.本地方法栈中引用的对象（Native对象） 2.2tracing算法的示意图
2.3标记-清除算法分析 标记-清除算法采用从根集合进行扫描，对存活的对象对象标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象，进行回收，如上图所示。标记-清除算法不需要进行对象的移动，并且仅对不存活的对象进行处理，在存活对象比较多的情况下极为高效，但由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，因此会造成内存碎片。 3.compacting算法 或 标记-整理算法 标记-整理算法采用标记-清除算法一样的方式进行对象的标记，但在清除时不同，在回收不存活的对象占用的空间后，会将所有的存活对象往左端空闲空间移动，并更新对应的指针。标记-整理算法是在标记-清除算法的基础上，又进行了对象的移动，因此成本更高，但是却解决了内存碎片的问题。在基于Compacting算法的收集器的实现中，一般增加句柄和句柄表。 4.copying算法(Compacting Collector) 该算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它开始时把堆分成 一个对象 面和多个空闲面， 程序从对象面为对象分配空间，当对象满了，基于copying算法的垃圾 收集就从根集中扫描活动对象，并将每个 活动对象复制到空闲面(使得活动对象所占的内存之间没有空闲洞)，这样空闲面变成了对象面，原来的对象面变成了空闲面，程序会在新的对象面中分配内存。一种典型的基于coping算法的垃圾回收是stop-and-copy算法，它将堆分成对象面和空闲区域面，在对象面与空闲区域面的切换过程中，程序暂停执行。 5.generation算法(Generational Collector) 分代的垃圾回收策略，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的回收算法，以便提高回收效率。
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发表于 2024-7-4 17:56:52
