[Java知识库]【JVM】JVM03(图解垃圾回收机制)上

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• 🍅文章发布日期：2021.12.29
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文章笔记参考黑马程序员

??1.如何判断对象可以回收

??1.1引用计数法

一个对象收到引用时计数+1，一个对象失去引用时计数-1，一个对象的引用计数为0时，该对象被当作垃圾进行回收
但是这样会有一个问题

循环引用

当A对象和B对象相互引用时，他们的引用计数都是1，但是他们却没有被其他对象所使用，这样因为他们的引用计数不能归0导致两个对象不能作为垃圾被回收，导致内存泄漏

??1.2可达性分析算法

此算法为java虚拟机采用的一种垃圾回收算法，首先要确定一个肯定不会被当成垃圾回收的对象GC Root（根对象）

• java虚拟机中的垃圾回收器采用可达性分析来探索所有存活的对象
• 扫描堆中的对象，看是否能够沿着GC Root对象为起点的引用链找到该对象，找不到，表示可以回收

可以作为GC Root的对象

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
• 方法区中类静态变量引用的对象
• 方法区中常量引用的对象
• 本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象

??2.五种引用

1. 强引用
2. 软引用
3. 弱引用
4. 虚引用
5. 终结器引用

下面我们分别进行描述

??2.1强引用

我们平时所使用的引用便是强引用，比如我们new一个对象A，把这个对象通过等号（赋值运算符）赋值给一个变量m，那么就称这个变量m强引用了刚刚的对象A

强引用的特点：

只要沿着GC root的引用链能够找到该对象，他就不会被垃圾回收，就比如上图中的C对象能找到A1对象，那么A1对象就不能被回收，当B对象和C对象对A1对象的引用都断开时，A1对象才能被垃圾回收

??2.2 软引用

如图，A2对象使用过软引用对象被C对象间接引用到，只要满足垃圾回收时，并且回收完内存也不够时，那么软引用所引用的A2对象就会被释放掉

所以软引用引用对象被释放的条件是

• 没有强引用对象引用它
• 发生垃圾回收
• 垃圾回收之后内存不够

软引用的应用案例

    public static void soft(){
        ArrayList<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB]);
            System.out.println(ref.get());
            list.add(ref);
            System.out.println(list.size());
        }
        System.out.println("循环结束："+list.size());
        for (SoftReference<byte[]> ref : list) {
            System.out.println(ref.get());
        }
    }

list先引用软引用对象，软引用对象间接的引用byte数组

list和SoftReference之间是强引用，SoftReference和byte数组之间是软引用

内存充足的时候软引用引用的对象保留，但是当内存不足的时候，软引用引用的对象就会被清除

??2.3 弱引用

和软引用的区别是，当弱引用引用该对象时，发生垃圾回收不管内存是否充足，弱引用所引用的对象都会被回收

public class Demo03 {
    private static final int _4MB = 4*1024*1024;
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        List<WeakReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
        
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            //关联了软引用对象和引用队列，当软引用所关联的byte[]被回收时，软引用自己会加入到引用队列queue中去
            WeakReference<byte[]> ref = new WeakReference<>(new byte[_4MB]);
            list.add(ref);
            for (WeakReference<byte[]> w: list){
                System.out.println(w.get()+"");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("循环结束："+list.size());
    }
}

通过list集合引用WeakReference，通过WeakReference间接的引用byte[]数组，这样进行垃圾回收，就会尝试把WeakReference运用的byte数组所占用的内存做释放

??引用队列

当软引用所引用的对象或弱引用引用的对象被清除之后，软引用和弱引用本身并不会消失，软引用和弱引用本身也是一个对象，此时软引用和弱引用会进入引用队列

软引用和弱引用自身也要占用一定内存，如果想释放软引用和弱引用的内存，需要使用引用队列找到它们，对其做进一步的处理

引用队列操作代码

public class Demo02 {
    private static final int _4MB = 4*1024*1024;
    public static void main(String[] args) throws IOException {

        ArrayList<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();

        //引用队列
        ReferenceQueue<byte[]> queue = new ReferenceQueue<>();


        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            //关联了软引用对象和引用队列，当软引用所关联的byte[]被回收时，软引用自己会加入到引用队列queue中去
            SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB],queue);
            System.out.println(ref.get());
            list.add(ref);
            System.out.println(list.size());
        }

        Reference<? extends byte[]> poll = queue.poll();
        while (poll != null){
            list.remove(poll);
            poll = queue.poll();
        }

        for (SoftReference<byte[]> ref : list) {
            System.out.println(ref.get());
        }
    }
}

关联软引用对象和引用队列，当软引用所关联的byte[]被回收时，软引用自己会加入到引用队列queue中去,之后查看引用队列中是否有软引用，有就将其移出

??2.4虚引用

在ByteBuffer被回收的时候，他分配的直接内存并不能被java的垃圾回收管理，所以我们将虚引用对象Cleaner进入引用队列，虚引用所在队列会有一个叫RefrenceHandlel的线程，来定时到这个引用队列中找新入队的Cleaner，如果有就调用Cleaner中的clean方法，根据记录的直接内存的地址调用Unsafe.freeMemary方法来清理直接内存

??2.5终结器引用

所有的java对象都继承自Object类，Object类有finallize()终结方法，当对象重写了终结方法并且没有强引用，他就可以被当成垃圾回收，终结方法的调用依靠终结器引用

如上图当A4对象被垃圾回收时，在A4对象被真正清除之前，终结期引用进入引用队列，再由一个优先级很低的线程（finallizeHandler）查看引用队列中的终结器引用，通过终结器引用找到将要垃圾回收的对象，调用对象的finallize方法，调用之后，该对象就可以被垃圾回收了

??2.6引用总结

??3.垃圾回收算法

??3.1标记清除

第一个阶段：标记
顺着GC Root查找没有引用的对象，将其进行标记

第二个阶段：清除
将垃圾对象所占用的空间释放

释放不意味着将每一个字节进行清理操作，清除只是把对象所占用内存的起始与结束地址记录下来，放在一个较空闲的地址链表里，下次分配内存的时候会直接覆盖这部分内存

标记清除算法的优点：

• 速度快

标记清除算法的缺点：

• 容易产生内存碎片，无法满足大对象的内存分配，造成内存溢出问题

??3.2标记整理

第一步：标记，和标记删除算法相同

顺着GC Root查找没有引用的对象，将其进行标记
第二步：整理

清除垃圾的过程中，它会把可用的对象向前移动，使内存更为紧凑，连续的空间更多

优点：

• 没有内存碎片，空间连续

缺点

• 整理的过程牵扯到对象的移动，效率就会变低

??3.3复制

将内存区域化成大小相等的两块区域，首先将没有被引用的对象进行标记，然后将from区存活的对象复制到to区，复制的过程中完成碎片的整理

复制完成后清空from区，并且交换from和to

优点

• 不会产生碎片

缺点

• 会占用双倍的内存空间

??4分代垃圾回收

在java中长时间使用的对象就会放在老年代当中（垃圾回收耗时较长。且频率低），用完就会丢弃的对象就会被放入新生代（垃圾回收比较频繁），这样可以针对对象生命周期的不同特点进行不同的垃圾回收策略

分代垃圾回收的流程

当我们创建一个新的对象时，新对象默认采用伊甸园的空间

当伊甸园中存放的对象达到上限，新产生的对象无处安放就会触发一次垃圾回收，我们称为Minor GC

随后沿GC Root引用链，标记未引用的对象，随后采用我们上面说到的复制算法，将存活的对象复制到幸存区To中，并使其寿命+1

回收伊甸园中的对象，随后交换幸存区From和幸存区To的位置

此后产生的新对象会再次放入伊甸园

当又经过了一段时间，伊甸园又满了，就会触发第二次垃圾回收，第二次垃圾回收除了要把伊甸园中存活的对象找到以外，还会寻找幸存区中继续存活的对象，第二次垃圾回收会把伊甸园中幸存的对象转移到幸存区To中

并且该对象寿命+1，原from幸存区中上一次存活的对象转移到to中，并且寿命+1

回收伊甸园和幸存区中剩余的的垃圾对象

交换幸存区From和幸存区To

随后产生的新对象就可以放入伊甸园

幸存区中的对象会有一个默认阈值，例如默认阈值为15次

一旦达到15次，且对象依然存活，我们就认为该对象价值较高，该对象就会晋升到老年代中

如果新生代和老年代内存都达到极限

会先触发一次minor gc，如果此后空间仍不足，会触发一次Full GC，从新生代到老年代都会做一次清理，清理回收新生代和老年代中所有无用对象

大对象处理策略

当向伊甸园内添加一个非常大的对象时，达到即使伊甸园为空也无法容纳该对象，那么这个对象将直接晋升至老年代

??4.1分代垃圾回收总结

- 对象首先分配在伊甸园区域
- 
- 伊甸园空间不足时，触发minor gc，伊甸园和from存活的对象使用copy复制到to中，存活的对象年龄+1，
  并且交换from,to
  
- minor gc会引发stop the world，暂停其他用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行
- 
- 当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大寿命是15次（4bit）
- 
- 当老年代空间不足，会先尝试触发minor gc，如果之后空间仍不足，那么触发full gc，STW的时间更长