Java垃圾回收(未完待续)

什么是垃圾回收

简述

简单来说，寻找和释放垃圾占用的内存空间的过程被称为垃圾回收，简称gc。（Garbage Gollection）
在Java体系内，垃圾回收算法和垃圾回收器是并存的，是一体的。
但其实垃圾回收算法的历史要比Java久远，刚开始的出现也并非应用在JVM上。

作为Java程序员，我们需要明白，垃圾回收给我们的编码带来了一些好处，同时有好处就有坏处。
优点:

• 我们日常编码中，几乎可以不考虑内存管理。
• jvm可以有效的防止内存泄漏，有效的利用可使用的内存。
  缺点:
  jvm对内存的管理，程序员几乎并不参与，降低了我们接续内存相关问题的能力。

垃圾回收算法

设想，现实世界中我们是一位街道垃圾清理工，任务是把一条街打扫干净，首先需要把垃圾先找出来堆在路边，一段路可能一个小垃圾堆，最后垃圾车过来一堆一堆的收走…
垃圾回收算法就其实就是定义了几种垃圾收集的办法。

标记-清除算法(Mark-Sweep)

在Java中，垃圾收集器的一种常见算法是标记清除算法(Mark and Sweep),该算法的核心思想是，首先标记出所有仍然在使用中的对象，在标记完成后，在清除掉未被标记的对象。

• 在执行标记阶段，垃圾收集器会从GC ROOT 根节点开始遍历对象，将所有可达的对象进行标记，这些节点可以是程序中的静态变量、本地方法栈中的引用等。
• 在标记完成后，垃圾收集器会扫描整个堆内存，将未被标记的对象进行回收。由于标记和清除过程需要暂停应用程序的执行，因为在现实中通常使用了并发标记清除算法来减少暂停时间。

特点 算法简单，但会产生内存碎片，其中一个主要问题是，清除操作之后会产生大量的不连续空间，这可能导致堆碎片严重，影响程序性能。
此外，由于该算法无法处理循环引用的情况，因为在处理包含循环引用的数据结构时，需要使用其他垃圾回收算法来处理这种情况 。

复制算法(Copying)

• 将内存划分为两个或多个相等的部分，只使用其中一部分来分配对象。
• 当这部分内存填满时，进行垃圾回收，将存活的对象复制到另一部分内存中，然后清除已使用的部分。
• 不存产生内存碎片，但会浪费一半的内存空间。

标记-压缩(Mark-Compact)或标记-整理(Mark-Sweep-compact)算法

• 类似于标记-清除算法，但在标记阶段之后，会对存活的对象进行压缩或整理，将其移动到一起，从而消除内存碎片。

分代收集算法(Generational Collection)

• 基于对象生命周期的观察，将内存划分为年轻代和老年代。
• 年轻代中的对象通常具有较短的生命周期，采用效率较高的垃圾回收策略，如复制算法。（年轻代被划分为Eden空间，Survivor0、survivor1空间三个区域）
• 老年代中的对象声明周期较长，采用标记清除 或 标记-压缩 算法。

增量收集算法(Incremental Collection)

• 将垃圾回收过程分成多个小步进行，每次只执行一小部分回收工作。
• 这样可以在一定程度上减少应用程序的暂停时间

并行收集算法(Parallel Collection)

• 利用多核处理器的优势，使用多个线程同时进行垃圾回收。
• 可以提高垃圾回收的效率，但可能会增加系统的总体负载。

并发标记扫描(Concurrent Mark and Sweep,CMS)算法

• 在应用程序运行的同时进行大部分的标记和清理工作。
• 目标是减少垃圾回收导致的暂停时间。

Garbage First(G1) 算法

• 同时作用于年轻代和老年代
• 将堆划分为多个区域，并优先回收垃圾最多的区域
• 使用了标记-压缩的变种，同时兼顾低延迟和高吞吐量。

在实际的Java垃圾回收实现中，这些算法常常结合使用或者有所改进，以适应不同的场景和性能需求。例如：HotSpot JVM中的不同垃圾回收器（如Serial GC、Parallel GC、CMS、G1、ZGC和Shenandoah）就采用了以上算法的不同组合和优化。

ZGC

垃圾回收器

扩展

可达性分析

在堆内存中，存在一个根对象GC Root，GC Root 对象一般是如下几种情况，

• 线程栈 中的 栈帧 中的 局部变量表 中的引用对象。
• 方法区 种的 静态引用对象；
• 方法区 中的 常量引用对象。
• 本地方法栈 中的 JNI中的 引用的对象。

根对象GC Root 指向了对象1； 对象1又指向了对象2，对象3；整个链条称为引用链。

• 只要是处于整个链条上的对象，都是非垃圾对象，不能进行垃圾回收。
• 不处于 引用链条 上的对象，就是垃圾对象。

GC回收前的两次标记

当对象被定义为 垃圾对象后，并不会马上被回收，相当于只是判了死缓，没有真正执行垃圾回收。
当GC ROOT 引用链断开后，对象不可达。

1. JVM会对 不可达对象 进行一次标记，然后执行一次筛选，执行对象的finalize方法。
   finalize 方法是对象被 GC 垃圾回收之前 , 被调用的方法 , 该方法不能保证一定能执行完毕 , JVM 会给对象一个时间限制 , 在这个时间内执行 finalize 方法 , 重写的该方法中不要执行很耗时的操作 ;

2. 之后 JVM 会对不可达对象 进行第二次标记 , 此时如果发现 该对象 仍然是垃圾对象 , 此时直接将该对象回收 ;
   finalize 方法只会被调用一次 , JVM 对 对象第二次标记时 , 发现对象如果没有被引用 , 直接回收 , 不再调用 finalize 方法 ;

gc的种类

• Minor GC，从年轻代回收内存(所有的minor gc 都会触发全世界的暂停，停止应用程序的线程，不过这个过程很短暂，Stop the World)
• Major GC, 清理老年代(Major gc 通常伴随着一次Minor gc)
• FULL GC : 清理整个堆空间，包括年轻代和老年代

gc触发

gc触发的条件有2种，

1. 程序调用System.gc()时可以出发
2. 系统自身来决定gc触发的时机。

gc过程

1. 我们创建的对象会优先在eden区分配，如果是大对象(很长的字符串数组)、长期存活的对象则可以直接进入老年代。
2. 当Eden区填满时，需要回收，回收时现将eden区存活对象复制到一个survivor0，然后清空eden区；当Eden区再次填满时，则将Eden区 和 S0 的存活对象复制到S1区，然后清空Eden和S0，如此反复。
3. 当对象在Survivor区躲过一次Minor gc后，其年龄就会+1，只有经历15次，默认情况下年龄能到达15的对象会被移到老年代中。