一、為什么要垃圾回收

如果不進行垃圾回收，內存遲早都會被消耗空，因為我們在不斷的分配內存空間而不進行回收。除非內存無限大，我們可以任性的分配而不回收，但是事實并非如此。所以，垃圾回收是必須的。

哪些內存需要回收？

哪些內存需要回收是垃圾回收機制第一個要考慮的問題，所謂“要回收的垃圾”無非就是那些不可能再被任何途徑使用的對象。那么如何找到這些對象？（如何判斷一個對象是否可以被回收）

二、如何判斷一個對象是否可以被回收

2.1、引用技術算法

這個算法的實現是，給對象中添加一個引用計數器，每當一個地方引用這個對象時，計數器值+1；當引用失效時，計數器值-1。任何時刻計數值為0的對象就是不可能再被使用的。引用計數為 0 的對象可被回收。正因為循環引用的存在，因此 Java 虛擬機不使用引用計數算法。

package com.baidu.GC;public class ReferenceCountingGC {private Object instance = null;private static final int _1MB = 1024 * 1024;/** 這個成員屬性唯一的作用就是占用一點內存 */private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];public static void main(String[] args) {ReferenceCountingGC objectA = new ReferenceCountingGC();ReferenceCountingGC objectB = new ReferenceCountingGC();objectA.instance = objectB;objectB.instance = objectA;objectA = null;objectB = null;System.gc();} }

2.2、可達性分析算法

通過 GC Roots 作為起始點進行搜索，從這些節點向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈（即GC Roots到對象不可達）時，則證明此對象是不可用的。能夠到達到的對象都是存活的，不可達的對象可被回收。

那么問題又來了，如何選取GC Roots對象呢？在Java語言中，可以作為GC Roots的對象包括下面幾種：
1、虛擬機棧（棧幀中的局部變量區，也叫做局部變量表）中引用的對象。
2、本地方法棧中JNI(Native方法)引用的對象。
3、方法區中的類靜態屬性引用的對象。
4、 方法區中常量引用的對象。

下面給出一個GCRoots的例子，如下圖，為GCRoots的引用鏈。

由圖可知，obj8、obj9、obj10都沒有到GCRoots對象的引用鏈，即便obj9和obj10之間有引用鏈，他們還是會被當成垃圾處理，可以進行回收。

2.3、方法區的回收

因為方法區主要存放永久代對象，而永久代對象的回收率比新生代低很多，因此在方法區上進行回收性價比不高。
主要是對常量池的回收和對類的卸載。

2.4、finalsize()

finalize() 類似 C++ 的析構函數，用來做關閉外部資源等工作。但是 try-finally 等方式可以做的更好，并且該方法運行代價高昂，不確定性大，無法保證各個對象的調用順序，因此最好不要使用。

當一個對象可被回收時，如果需要執行該對象的 finalize() 方法，那么就有可能通過在該方法中讓對象重新被引用，從而實現自救。自救只能進行一次，如果回收的對象之前調用了 finalize() 方法自救，后面回收時不會調用 finalize() 方法。

三、四種引用狀態

3.1、強引用

被強引用關聯的對象不會被回收。使用 new 一個新對象的方式來創建強引用。

3.2、軟引用

被軟引用關聯的對象只有在內存不夠的情況下才會被回收。使用 SoftReference 類來創建軟引用。

3.3、弱引用

被弱引用關聯的對象一定會被回收，也就是說它只能存活到下一次垃圾回收發生之前。
使用 WeakReference 類來實現弱引用。

3.4、虛引用

又稱為幽靈引用或者幻影引用。一個對象是否有虛引用的存在，完全不會對其生存時間構成影響，也無法通過虛引用取得一個對象。為一個對象設置虛引用關的唯一目的就是能在這個對象被回收時收到一個系統通知。

使用 PhantomReference 來實現虛引用。

四、垃圾回收算法

4.1、標記-清除（Mark-Sweep）算法

將存活的對象進行標記，然后清理掉未被標記的對象。

不足:
1、標記和清除過程效率都不高；
2、會產生大量不連續的內存碎片，導致無法給大對象分配內存

4.2、標記-整理（Mark-Compact）算法

讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉端邊界以外的內存

4.3、復制（Copying）算法

將內存劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊，當這一塊內存用完了就將還存活的對象復制到另一塊上面，然后再把使用過的內存空間進行一次清理。

主要不足是只使用了內存的一半。

現在的商業虛擬機都采用這種收集算法來回收新生代，但是并不是將新生代劃分為大小相等的兩塊，而是分為一塊較大的 Eden 空間和兩塊較小的 Survivor 空間，每次使用 Eden 空間和其中一塊 Survivor。在回收時，將 Eden 和 Survivor 中還存活著的對象一次性復制到另一塊 Survivor 空間上，最后清理 Eden 和使用過的那一塊 Survivor。

HotSpot 虛擬機的 Eden 和 Survivor 的大小比例默認為 8:1，保證了內存的利用率達到 90%。如果每次回收有多于 10% 的對象存活，那么一塊 Survivor 空間就不夠用了，此時需要依賴于老年代進行分配擔保，也就是借用老年代的空間存儲放不下的對象

4.4、分代收集

現在的商業虛擬機采用分代收集算法，它根據對象存活周期將內存劃分為幾塊，不同塊采用適當的收集算法。

一般將堆分為新生代和老年代。

• 新生代使用: 大批對象死去、少量對象存活的（新生代），使用復制算法，復制成本低；
• 老年代使用: 對象存活率高、沒有額外空間進行分配擔保的（老年代），采用標記-清理算法或者標記-整理算法。

五、垃圾收集器

7個垃圾收集器

以上是 HotSpot 虛擬機中的 7 個垃圾收集器，連線表示垃圾收集器可以配合使用。

• 單線程與多線程: 單線程指的是垃圾收集器只使用一個線程進行收集，而多線程使用多個線程；
• 串行與并行: 串行指的是垃圾收集器與用戶程序交替執行，這意味著在執行垃圾收集的時候需要停頓用戶程序；并形指的是垃圾收集器和用戶程序同時執行。除了 CMS 和 G1 之外，其它垃圾收集器都是以串行的方式執行。

https://www.cnblogs.com/super-jing/p/10795099.html

垃圾回收器G1 詳解
https://www.pdai.tech/md/java/jvm/java-jvm-gc-g1.html

六、內存分配與回收機制

6.1、Minor GC 和 Full GC

Minor GC 和 Full GC

Minor GC: 發生在新生代上，因為新生代對象存活時間很短，因此 Minor GC 會頻繁執行，執行的速度一般也會比較快。

Full GC: 發生在老年代上，老年代對象其存活時間長，因此 Full GC 很少執行，執行速度會比 Minor GC 慢很多。

6.2、內存分配策略

2.1、對象優先在Eden分配
大多數情況下，對象在新生代 Eden 區分配，當 Eden 區空間不夠時，發起 Minor GC。

2.2、大對象直接進入老年代
大對象是指需要連續內存空間的對象，最典型的大對象是那種很長的字符串以及數組。
經常出現大對象會提前觸發垃圾收集以獲取足夠的連續空間分配給大對象。
-XX:PretenureSizeThreshold，大于此值的對象直接在老年代分配，避免在 Eden 區和 Survivor 區之間的大量內存復制。

2.3、長期存活的對象進入老年代
為對象定義年齡計數器，對象在 Eden 出生并經過 Minor GC 依然存活，將移動到 Survivor 中，年齡就增加 1 歲，增加到一定年齡則移動到老年代中。
-XX:MaxTenuringThreshold 用來定義年齡的閾值。

6.3、Full GC的觸發條件

對于 Minor GC，其觸發條件非常簡單，當 Eden 空間滿時，就將觸發一次 Minor GC。而 Full GC 則相對復雜，有以下條件

3.1、調用 System.gc()
只是建議虛擬機執行 Full GC，但是虛擬機不一定真正去執行。不建議使用這種方式，而是讓虛擬機管理內存

3.2、 老年代空間不足
老年代空間不足的常見場景為前文所講的大對象直接進入老年代、長期存活的對象進入老年代等。
為了避免以上原因引起的 Full GC，應當盡量不要創建過大的對象以及數組。除此之外，可以通過 -Xmn 虛擬機參數調大新生代的大小，讓對象盡量在新生代被回收掉，不進入老年代。還可以通過 -XX:MaxTenuringThreshold 調大對象進入老年代的年齡，讓對象在新生代多存活一段時間

3.3、JDK 1.7 及以前的永久代空間不足
在 JDK 1.7 及以前，HotSpot 虛擬機中的方法區是用永久代實現的，永久代中存放的為一些 Class 的信息、常量、靜態變量等數據。
當系統中要加載的類、反射的類和調用的方法較多時，永久代可能會被占滿，在未配置為采用 CMS GC 的情況下也會執行 Full GC。如果經過 Full GC 仍然回收不了，那么虛擬機會拋出 java.lang.OutOfMemoryError。
為避免以上原因引起的 Full GC，可采用的方法為增大永久代空間或轉為使用 CMS GC

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java垃圾回收（GC）机制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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