详细的讲一遍Java GC_java gc引用树-优快云博客

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本文从Java的垃圾定义、如何回收垃圾、垃圾回收策略等方面详细讲一遍Java的垃圾回收机制

什么是垃圾回收

垃圾回收(Garbage Collection，GC)，就是释放垃圾占用的存储空间，对内存中(主要是堆)已经死亡或长时间未被使用的对象进行清除和回收，防止内存泄漏。

内存模型

先看下jdk 1.6、1.7、1.8的内存模型

jdk1.6

jdk1.7

jdk1.8

可以看到，jdk从1.6到1.8的演进中，将常量池放到了堆里面，将永久代移出了JVM内存，放到了机器内存中（元空间-metaspace）。初衷在于将不可回收或很难回收的放到了堆外内存（永久代的回收有非常严格的要求），可控的收拢在堆内。

如何定义垃圾

GC前，我们得直到哪些内存是可以回收的。这里就涉及到垃圾回收的相关算法：引用计数算法和可达性分析算法

引用计数法

引用计数法是在对象中分配一块空间来记录该对象被引用的次数。如果该对象被其他对象引用一次则+1，如果删除对该对象的引用，则引用次数-1。当该对象的引用次数为0时，那么该对象就可被回收。

String str = new String("west");
str = null;

创建一个字符串，则字符串"west"有1个引用，即 str；将 str 置为 null，则 "west" 的引用次数为0。在引用计数算法中，"west"所占用的内存即可被回收了（写代码中，不用的对象显示置为null即是这个道理）。

从上面也可以看到，引用计数法是将垃圾判断逻辑放到了应用的运行当中，而不是在垃圾回收时，停止整个应用的运行(stop the world)，直到对堆中的垃圾回收处理完毕。但引用计数法被淘汰也有它的弊端，当我们定义2个对象(计数+1)，且这两个对象相互引用(计数+1)，再置空2个对象的声明引用(计数-1)时，实际这2个对象已经不可能在被访问了，但因为计数器不为0(1+1-1=1)，GC回收器永远无法回收他们。

可达性分析算法

可达性分析算法是通过 GC ROOT 作为起点，从这些节点向下搜索的路径，当一个对象在这个路径上都没有被任何引用时，则证明该对象是未被使用（不可达）可回收的。

可以看到，可达性算法解决了引用计数算法里的“循环依赖”问题，只要对象和GC ROOT没有关联（直接或间接），则可被回收。

上文说的不用的对象显示置为 null 即没有被引用，即可被及时清理。

什么是GC ROOT

看上面内存模型图，GC ROOT 的对象包含：虚拟机栈中引用的对象、方法区中静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中的Native方法引用的对象。

如何回收垃圾

在确定了哪些是垃圾可以回收后，GC要做的就是如何回收这些垃圾。不同的虚拟机有不同的方式来实现GC，常见的有标记清除算法、标记整理算法、复制算法、分代收集算法，下面我们详细介绍下各个算法的实现原理。

标记清除算法

上图可以很明显的看出来，标记清除算法分为2步：标记出要回收的区域，然后清除这些空间内的垃圾。被清理出来的区域就变为未使用的内存区域。

不足：标记清除会产生大量的内存碎片，可用的内存空间会被切割成多块，而创建对象做内存分配时，需要的是连续的内存空间。如上图所示，如果现在需要一块4M的内存区域，其实是无法开辟出来的，但实际我们可用的内存空间总量是大于4M的。也就是我虽然有足够的内存空间，实际却不可用。

标记整理算法

如上图，标记整理算法将所有存活的对象向一端移动，再清理掉边界外的内存区域。这样避免了内存碎片问题，未使用的内存空间都是持续的空间。

不足：标记整理算法对内存做了频繁的变动，需要整理所有存活对象的引用地址并指向新的内存地址，性能和效率差很多。

复制算法

如上图，复制算法是将内存区域分为两块同等大小的区域，每次只使用其中一块。当这一块内存用完了，将存活着的对象迁移到另一块未使用的区域，再将原有的区域的内存空间全部清理掉。复制算法解决了内存碎片问题，逻辑简单，性能高效。

不足：总共14M的内存空间，实际可用的只有7M

分代收集算法

分代收集算法针对对象存活周期的不同，将堆内存分为新生代和老年代，并针对这两块区域的特点采用最合适的收集算法。可以认为分代收集算法是上述几种算法的组合。

在新生代中，每次GC时都有绝大部分对象死亡，只有极少量存活，则可以使用复制算法，只需要小量的复制存活对象成本就可完成垃圾收集。老年代中，因为存活的对象较多较大，没有多余的空间来做复制，一般使用标记整理算法来回收。

先看下分代收集的内存模型：

新生代

所有new出来的对象都会放在 Eden 区，当 Eden 区空间不足时，JVM发起 Minor GC，Eden 区中未被回收的存活对象移入 S0，如 S0 空间不足时，则再次 Minor GC，将存活的对象移入 S1，将S0的对象清除（复制算法），并记录移入对象被GC的次数。下一次 Minor GC 时，S0 和 S1的职责互换，以此反复。直到存活对象被GC的次数超过15时，才会被移入老年代。

可以认为，S0,S1就是老年代的一个缓存，且在缓存中的对象有极大可能在被GC15次之前被回收。而两个 Survivor区(S0,S1)，又可以保证总有一个区域是空闲的，而另一个是没有碎片可使用的。据说不多分几个 Survivor，是经过权衡后最佳的选择。过多可能导致单个 Survivor 区域过小，容易被塞满。