一、GC的作用

進(jìn)行內(nèi)存管理

C語言中的內(nèi)存，申請(qǐng)內(nèi)存之后需要手動(dòng)釋放；一旦忘記釋放，就會(huì)發(fā)生內(nèi)存泄漏！

而Java語言中，申請(qǐng)內(nèi)存后會(huì)由GC來釋放內(nèi)存空間，無需手動(dòng)釋放

GC雖然代替了手動(dòng)釋放的操作，但是它也有局限性：

•  需要消耗更多的資源；
• 沒有手動(dòng)釋放那么及時(shí)；
• STW(Stop The World)會(huì)影響程序的執(zhí)行效率

二、GC主要回收哪些內(nèi)存

(1)堆：主要回收堆中的內(nèi)存

(2)方法區(qū)：需要回收

(3)棧(包括本地方法棧和JVM虛擬機(jī)棧)：不需要回收，棧上的內(nèi)存什么時(shí)候釋放是明確的(線程結(jié)束，棧上的內(nèi)存也就被釋放了;對(duì)應(yīng)的某個(gè)棧幀銷毀[某個(gè)方法執(zhí)行完畢]，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的局部變量被釋放)

(4)程序計(jì)數(shù)器：不需要被回收

GC回收內(nèi)存的基本單位:對(duì)象

GC回收對(duì)象的基本思路

(1)標(biāo)記：判斷當(dāng)前對(duì)象的生死，對(duì)象不再被使用為死，則需要回收，反之不需要被回收；

標(biāo)記的方法：

• 引用計(jì)數(shù)法

記錄當(dāng)前這個(gè)對(duì)象是否有引用指向，有則引用計(jì)數(shù)加1，如果當(dāng)前這個(gè)對(duì)象的引用指向了其他新的對(duì)象，則引用計(jì)數(shù)減1，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為0的時(shí)候，我們認(rèn)為這個(gè)對(duì)象需要被回收！

缺點(diǎn)：無法解決循環(huán)引用問題

下面用一段偽代碼來演示一下循環(huán)引用問題：

class Test{
Test t = null;
}
Test a = new Test();
Test b = new Test();
a.t = b;
b.t = a;
a = null;
b = null;

我們發(fā)現(xiàn)，在上述代碼中已經(jīng)沒有辦法使用對(duì)象a和對(duì)象b了，但是它們的引用計(jì)數(shù)不為1.想使用對(duì)象a，就得找到對(duì)象a的引用，但是對(duì)象a的引用又在對(duì)象b當(dāng)中。想使用對(duì)象b，就得找到對(duì)象b 的引用，但是對(duì)象b的引用又在對(duì)象a當(dāng)中。

• 可達(dá)性分析：

代碼中的對(duì)象具有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這樣錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，構(gòu)成了一個(gè)"有向圖"?？蛇_(dá)性分析也就是遍歷這個(gè)對(duì)象關(guān)系的“有向圖”。如果某個(gè)對(duì)象可以被遍歷到，那么它就是可達(dá)的(非垃圾)，那么就是不可達(dá)的(是垃圾)

那么可達(dá)性分析從哪里開始呢？

a)針對(duì)每個(gè)線程的每個(gè)棧幀的局部變量表(線程有很多，每個(gè)線程棧幀也有很多，每個(gè)棧幀也會(huì)有很多個(gè)變量);

b)常量池中引用的對(duì)象;

c)方法區(qū)中靜態(tài)變量引用的對(duì)象;

因?yàn)楸闅v的起點(diǎn)不止一個(gè)，而是很多個(gè)起點(diǎn)，因此把這些起點(diǎn)也稱之為GCRoot

• 回收方法區(qū)對(duì)象的規(guī)則：

a)該類的所有實(shí)例已經(jīng)被回收;

b)加載類的ClassLoader也已經(jīng)被回收了;

c)該類對(duì)象沒有在代碼中使用了

同時(shí)具備以上三個(gè)條件，就認(rèn)為該類對(duì)象是可以被回收的

回收的方法：

• 標(biāo)記-清除【適合老年代】

通過上面的圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)空閑區(qū)被其他的對(duì)象分隔開了。一旦需要一個(gè)比較大的空間，就會(huì)申請(qǐng)失敗。

標(biāo)記-清除法的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單高效

缺點(diǎn)：會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存碎片

• 標(biāo)記-復(fù)制【適合新生代】

優(yōu)點(diǎn)：解決了內(nèi)存碎片問題，保證回收之后不會(huì)存在碎片(回收后使用的對(duì)象之間是連續(xù)的，空余內(nèi)存之間也是連續(xù)的)

缺點(diǎn)：需要一塊額外的空間，如果生存的對(duì)象較多就比較難低效

• 標(biāo)記-整理【適合老年代】

優(yōu)點(diǎn)：沒有內(nèi)存碎片問題，也不需要額外的空間

缺點(diǎn)：類似于順序表的刪除操作，效率不是很高

三、分代回收

按照對(duì)象的年齡，將堆內(nèi)存分為：新生代(伊甸區(qū)和生存區(qū))、老年代

對(duì)象的年齡不是直接使用時(shí)間來記錄，而是使用對(duì)象活過GC輪次來記錄(GC是按照一定周期來運(yùn)行)

一個(gè)對(duì)象的一生：

(1)對(duì)象誕生于新生代的伊甸區(qū)。新產(chǎn)生的對(duì)象的內(nèi)存就是新生代中的內(nèi)存

(2)第一輪GC掃描伊甸區(qū)之后，就會(huì)把大量的對(duì)象回收掉。少數(shù)沒有被回收的對(duì)象，就會(huì)通過標(biāo)記-復(fù)制算法進(jìn)入到生存區(qū)

(3)少數(shù)進(jìn)入生存區(qū)的對(duì)象，再次被GC掃描(對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行可達(dá)性分析)。如果發(fā)現(xiàn)該對(duì)象已經(jīng)不可達(dá)，也就被銷毀了。沒有被銷毀的對(duì)象，再次通過標(biāo)記-復(fù)制算法，把它拷貝到另一個(gè)生存區(qū)。

(4)對(duì)象在兩個(gè)生存區(qū)中經(jīng)過若干次拷貝，如果還沒有被回收，那么就說明這些個(gè)對(duì)象存活時(shí)間比較久，就拷貝到老年代

(5)老年代的對(duì)象也是要經(jīng)過GC掃描的。由于老年代的對(duì)象生存時(shí)間比較長(zhǎng)。因此掃描周期要比新生代的周期要長(zhǎng)

相關(guān)術(shù)語：

• Partical GC：只進(jìn)行一部分內(nèi)存區(qū)域的GC
• Full GC：針對(duì)整個(gè)內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行GC
• Minor GC：針對(duì)新生代內(nèi)存的GC，執(zhí)行頻繁，速度較快
• Major GC：針對(duì)老年代的GC，沒那么頻繁。速度較慢，通常由Minor GC 觸發(fā)

四、垃圾回收器

垃圾回收器做的兩件事情：標(biāo)記(可達(dá)性分析)+回收(標(biāo)記清除，標(biāo)記復(fù)制，標(biāo)記整理)

• Serial收集器(給新生代使用，串行回收)【存在STW】

采用復(fù)制算法，單線程進(jìn)行標(biāo)記和回收

• ParNew收集器(新生代收集器，多線程GC)

采用復(fù)制算法，多線程進(jìn)行標(biāo)記和回收

• Parallel scavenge收集器(新生代收集器，并行GC)

設(shè)計(jì)初衷是為了縮短STW時(shí)間，以犧牲吞吐量和新生代空間作為代價(jià)。

相當(dāng)于承諾用戶，在一定時(shí)間內(nèi)就會(huì)完成一次GC。

• Serial Old收集器(老年代收集器，串行GC)

• Parallel old收集器(老年代收集器，并行GC)

使用多線程完成標(biāo)記整理，效率更高，消耗的CPU資源更多

• CMS垃圾回收器(老年代收集器，并行GC，采用多線程標(biāo)記清除算法)

a)初始標(biāo)記【STW】
只是把和GCRoot相關(guān)的對(duì)象標(biāo)記出來，涉及STW
b)并發(fā)標(biāo)記
執(zhí)行整個(gè)標(biāo)記遍歷的過程(從GCRoot開始，把能訪問的對(duì)象都遍歷)
不需要暫停用戶線程

消耗的時(shí)間相對(duì)比較久，但是可以和用戶線程并發(fā)

注意：當(dāng)進(jìn)行并發(fā)標(biāo)記的時(shí)候，當(dāng)用戶線程也在執(zhí)行，可能導(dǎo)致某個(gè)對(duì)象，剛剛標(biāo)記的時(shí)候不是垃圾，代碼執(zhí)行后，就成了垃圾

c)重新標(biāo)記(CMS remark)【STW】
修正誤差

d)并發(fā)清除
多線程的方式將剛剛的垃圾對(duì)象都清除釋放掉，可以和應(yīng)用程序并發(fā)執(zhí)行

優(yōu)點(diǎn)：能夠讓STW時(shí)間盡量短
缺點(diǎn)：有內(nèi)存碎片； GC操作和應(yīng)用程序并發(fā)進(jìn)行，消耗CPU資源多;

• G1回收器(Java11開始默認(rèn)使用)

既可以回收新生代，也可以回收老年代

每個(gè)矩形稱為一個(gè)region
E表示伊甸區(qū)
S表示生存區(qū)
T表示老年代
H表示存放大對(duì)象的區(qū)域
以region為單位進(jìn)行回收，回收粒度更精細(xì)
針對(duì)新生區(qū)的region同樣適用復(fù)制算法
針對(duì)老年代的回收類似于CMS
a）初始標(biāo)記【STW】：只去找和GRoot直接相連的對(duì)象
b）并發(fā)標(biāo)記：和應(yīng)用程序并發(fā)執(zhí)行，進(jìn)行可達(dá)性分析，遍歷所有對(duì)象。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)老年代region中已經(jīng)沒有存活對(duì)象，就直接回收
c)最終標(biāo)記：修正第二步產(chǎn)生的誤差
d)篩選回收：挑選出對(duì)象存活率低的region進(jìn)行回收

五、總結(jié)

到此這篇關(guān)于Java基礎(chǔ)之垃圾回收機(jī)制詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java垃圾回收機(jī)制內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！