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憨人笔记之JVM-垃圾回收算法

话不多说，干就完了。

在之前我们说到堆空间是对象实例存放的地方。程序会一致运行，对象也可能一直创建，但是堆的内存空间是有限的，那么如何保证在程序运行过程中，堆空间一直有足够的内存来创建新的对象呢？ 垃圾回收 ，垃圾回收将已经不使用的对象进行回收，释放内存空间，以便在分配新的对象时有足够的内存空间来进行分配。

在对堆空间进行垃圾回收之前，首先就是要确定哪些对象还"存活"，哪些对象已经"死去"(也就是不回再被任何途径所使用)。垃圾回收只会针对死去的对象。

如何判定对象已死（垃圾判断算法）

引用计数器算法（Reference Counting）

引用计数器算法就是在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方使用到该对象时，计数器值就加1，而当引用失效的时候，该计数器值就减1，只要当计数器的值为0的时候，就表示该对象已经不再被使用。

优点

引用计数器算法实现简单，而且效率高。
缺点

很难解决对象之间的相互循环引用问题。

由于其缺点，所以目前主流的虚拟机中都没有选用引用计数器算法来管理内存。那么什么是对象的相互循环引用呢？通过下面代码实例来进行说明

public class Dog {
  private Cat cat;
  // 省略get/set方法
}

public class Cat {
  private Dog dog;
  // 省略get/set方法
}

public static void main(String[] args){
  Dog dog = new Dog();
  Cat cat = new Cat();
  // 对象的相互循环引用
  cat.dog = dog;
  dog.cat = cat;
  
  dog = null;
  cat = null;
}
复制代码

在上述代码中，虽然dog，cat被置为null，也就是不再使用了，但是dog和cat之间存在相互引用，所以虚拟机并不会回收这两个对象。

可达性分析算法

可达性算法的基本思想就是通过一系列被称为"GC Roots"的对象作为起始点，由这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain）,当一个GC Roots对象没有任何引用链相连时，则证明该对象是不可用的。

在Java中，可作为GC Roots的对象主要包括了以下几种：

栈帧中的本地变量表中的引用的对象
方法区中类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JNI（Native方法）引用的对象

需要说明的是，即使是在可达性算法中，不可达的对象，并非就会被标记为"非死不可"的对象。对于一个对象的死亡宣告，至少要经历两次标记的过程。

第一次标记

l对象经过可达性算法分析后，发现没有与GC Roots项链的引用链时，它会被标记一次，同时会进行筛选，筛选的条件就是此对象有没有必要执行finalize方法。如果该对象 没有覆盖finalize方法 或者说 finalize方法已经被虚拟机执行过 。那么虚拟机会认为这两种情况没有必要执行finalize方法。

第二次标记

如果对象被判定为有必要执行finalize方法，那么虚拟机会将对象防止在一个F-Queue队列中。同时虚拟机会自动建立一个低优先级的Finalizer线程去执行它。需要注意的是，执行仅仅表示虚拟机会触发这个对象的finalize方法，但并不会保证等待这个对象的运行结束。

finalize方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，GC会对F-Queue队列中的对象做第二次标记。对象在finalize方法中，如果重新建立与引用链上的任何一个对象关联，例如将自己（this关键字）赋值给某个类变量或者对象的成员变量。那么在第二次标记时，会被移出"即将回收"的集合。

最终流程如上图所示。需要注意的是，对于任何 一个对象的finalize方法，都只会被系统自动调用一次 ，如果对象已经调用过finalize方法之后，那么它的finalize方法就不会被再次执行。在实际开发过程中，应当避免调用对象的finalize方法。

垃圾收集算法

常见的垃圾收集算法有四类： 标记-清除算法、标记-整理算法、复制算法、分代算法 。下面分别依次介绍每一种算法的思想。

标记-清除算法

标记-清除算法是垃圾收集算法中最基础的算法。在之前说如何判定一个对象是否存活的算法中，GC Roots会对对象进行标记，而标记清除算法，则是根据GC Roots的标记判断该对象可回收，如下图：

通过途中可以很明显的看到，标记清除算法会带来一个问题，那就是 内存碎片化 。在说到堆空间的新生代时，也提到过内存的碎片化，其后果就是会影响到程序的性能。

标记-整理算法

标记整理算法的标记过程同标记-清除算法一致，但是后续过程存在差异，标记-整理算法在标记后不是立马对可回收的对象进行回收，而是让存活的对象都向一端移动，然后清除可用边界以外的对象，释放内存空间。

在上图中可以明显的看到，与标记-清除算法不通的是，它并 不会产生内存碎片 ，而是通过整理，使当前可用对象都会保存在一段连续的内存上。

复制算法

在说到堆空间的新生代时，有说到新生对象从Eden区到Survivor区的流转过程，而这个过程正好就是复制算法的实际体现。复制算法会在内存中划分出两块大小相等的区域（假设为A、B)，每次只使用其中一块，当A区域满了的时候，会将存活的对象复制一份到B区域，同时清空A区域。只需要移动堆顶的指针，按照顺序分配，也就不用考虑内存碎片的问题了。

分代算法

在目前主流的商业虚拟机中，基本上采用的都是分代算法，分代算法实质上就是 根据对象的存活周期不同划分不同的区域 。一般是把Java堆划分成新生代和老年代。而针对不同的代采取不同的收集算法。例如在新生代中，通常会采用复制算法，而在老年代中，因为对象的存活率较高，一般使用标记-整理或标记-清除算法。