java 記憶體回收機制

在Java中，它的記憶體管理包括兩方面：記憶體配置設定（建立Java對象的時候）和記憶體回收，這兩方面工作都是由JVM自動完成的，降低了Java程式員的學習難度，避免了像C/C++直接操作記憶體的危險。但是，也正因為記憶體管理完全由JVM負責，是以也使Java很多程式員不再關心記憶體配置設定，導緻很多程式低效，耗記憶體。是以就有了Java程式員到最後應該去了解JVM，才能寫出更高效，充分利用有限的記憶體的程式。

1.Java在記憶體中的狀态

首先我們先寫一個代碼為例子：

package test;

import java.io.Serializable;

public class Person implements Serializable {

    static final long serialVersionUID = 1L;

    String name; // 姓名

    Person friend;    //朋友

    public Person() {}

    public Person(String name) {
        super();
        this.name = name;
    }
}      

package test;


public class Test{

    public static void main(String[] args) {
        Person p1 = new Person("Kevin");
        Person p2 = new Person("Rain");
        Person p3 = new Person("Sunny");

        p1.friend = p2;
        p3 = p2;
        p2 = null;
    }
}      

把上面Test.java中main方面裡面的對象引用畫成一個從main方法開始的對象引用圖的話就是這樣的（頂點是對象和引用，有向邊是引用關系）：

當程式運作起來之後，把它在記憶體中的狀态看成是有向圖後，可以分為三種：

1）可達狀态：在一個對象建立後，有一個以上的引用變量引用它。在有向圖中可以從起始頂點導航到該對象，那它就處于可達狀态。

2）可恢複狀态：如果程式中某個對象不再有任何的引用變量引用它，它将先進入可恢複狀态，此時從有向圖的起始頂點不能再導航到該對象。在這個狀态下，系統的垃圾回收機制準備回收該對象的所占用的記憶體，在回收之前，系統會調用finalize()方法進行資源清理，如果資源整理後重新讓一個以上引用變量引用該對象，則這個對象會再次變為可達狀态；否則就會進入不可達狀态。

3）不可達狀态：當對象的所有關聯都被切斷，且系統調用finalize()方法進行資源清理後依舊沒有使該對象變為可達狀态，則這個對象将永久性失去引用并且變成不可達狀态，系統才會真正的去回收該對象所占用的資源。

上述三種狀态的轉換圖如下：

2.Java對對象的4種引用

1）強引用 ：建立一個對象并把這個對象直接賦給一個變量，eg ：Person person = new Person(“sunny”); 不管系統資源有麼的緊張，強引用的對象都絕對不會被回收，即使他以後不會再用到。

2）軟引用 ：通過SoftReference類實作，eg : SoftReference p = new SoftReference(new Person(“Rain”));,記憶體非常緊張的時候會被回收，其他時候不會被回收，是以在使用之前要判斷是否為null進而判斷他是否已經被回收了。

3）弱引用 ：通過WeakReference類實作，eg : WeakReference p = new WeakReference(new Person(“Rain”));不管記憶體是否足夠，系統垃圾回收時必定會回收。

4）虛引用 ：不能單獨使用，主要是用于追蹤對象被垃圾回收的狀态。通過PhantomReference類和引用隊列ReferenceQueue類聯合使用實作，eg ：

package test;

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;


public class Test{

    public static void main(String[] args) {
        //建立一個對象
        Person person = new Person("Sunny");    
        //建立一個引用隊列    
        ReferenceQueue<Person> rq = new ReferenceQueue<Person>();
        //建立一個虛引用，讓此虛引用引用到person對象
        PhantomReference<Person> pr = new PhantomReference<Person>(person, rq);
        //切斷person引用變量和對象的引用
        person = null;
        //試圖取出虛引用所引用的對象
        //發現程式并不能通過虛引用通路被引用對象，是以此處輸出為null
        System.out.println(pr.get());
        //強制垃圾回收
        System.gc();
        System.runFinalization();
        //因為一旦虛引用中的對象被回收後，該虛引用就會進入引用隊列中
        //是以用隊列中最先進入隊列中引用與pr進行比較，輸出true
        System.out.println(rq.poll() == pr);
    }
}      

運作結果：

3.Java垃圾回收機制

其實Java垃圾回收主要做的是兩件事：1）記憶體回收 2）碎片整理

3.1垃圾回收算法

1）串行回收（隻用一個CPU）和并行回收（多個CPU才有用）：串行回收是不管系統有多少個CPU，始終隻用一個CPU來執行垃圾回收操作，而并行回收就是把整個回收工作拆分成多個部分，每個部分由一個CPU負責，進而讓多個CPU并行回收。并行回收的執行效率很高，但複雜度增加，另外也有一些副作用，如記憶體碎片增加。

2）并發執行和應用程式停止 ：應用程式停止（Stop-the-world）顧名思義，其垃圾回收方式在執行垃圾回收的同時會導緻應用程式的暫停。并發執行的垃圾回收雖然不會導緻應用程式的暫停，但由于并發執行垃圾需要解決和應用程式的執行沖突（應用程式可能在垃圾回收的過程修改對象），是以并發執行垃圾回收的系統開銷比Stop-the-world高，而且執行時需要更多的堆記憶體。

3）壓縮和不壓縮和複制 ：

①支援壓縮的垃圾回收器（标記-壓縮 = 标記清除+壓縮）會把所有的可達對象搬遷到一端，然後直接清理掉端邊界以外的記憶體，減少了記憶體碎片。

②不壓縮的垃圾回收器（标記-清除）要周遊兩次，第一次先從跟開始通路所有可達對象，并将他們标記為可達狀态，第二次便利整個記憶體區域，對未标記可達狀态的對象進行回收處理。這種回收方式不壓縮，不需要額外記憶體，但要兩次周遊，會産生碎片

③複制式的垃圾回收器：将堆記憶體分成兩個相同空間，從根（類似于前面的有向圖起始頂點）開始通路每一個關聯的可達對象，将空間A的全部可達對象複制到空間B，然後一次性回收空間A。對于該算法而言，因為隻需通路所有的可達對象，将所有的可達對象複制走之後就直接回收整個空間，完全不用理會不可達對象，是以周遊空間的成本較小，但需要巨大的複制成本和較多的記憶體。

3.2堆記憶體的分代回收

1）分代回收的依據：

①對象生存時間的長短：大部分對象在Young期間就被回收

②不同代采取不同的垃圾回收政策：新（生存時間短）老（生存時間長）對象之間很少存在引用

2) 堆記憶體的分代：

①Young代 ：

Ⅰ回收機制 ：因為對象數量少，是以采用複制回收。

Ⅱ組成區域 ：由1個Eden區和2個Survivor區構成，同一時間的兩個Survivor區，一個用來儲存對象，另一個是空的；每次進行Young代垃圾回收的時候，就把Eden，From中的可達對象複制到To區域中，一些生存時間長的就複制到了老年代，接着清除Eden，From空間，最後原來的To空間變為From空間，原來的From空間變為To空間。

Ⅲ對象來源 ：絕大多數對象先配置設定到Eden區，一些大的對象會直接被配置設定到Old代中。

Ⅳ回收頻率 ：因為Young代對象大部分很快進入不可達狀态，是以回收頻率高且回收速度快

②Old代 ：

Ⅰ回收機制 ：采用标記壓縮算法回收。

Ⅱ對象來源 ：1.對象大直接進入老年代。

　　　　　　 2.Young代中生存時間長的可達對象

Ⅲ回收頻率 ：因為很少對象會死掉，是以執行頻率不高，而且需要較長時間來完成。

③Permanent代 ：

Ⅰ用 途 ：用來裝載Class，方法等資訊，預設為64M，不會被回收

Ⅱ對象來源 ：eg：對于像Hibernate，Spring這類喜歡AOP動态生成類的架構，往往會生成大量的動态代理類，是以需要更多的Permanent代記憶體。是以我們經常在調試Hibernate，Spring的時候經常遇到java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space的錯誤，這就是Permanent代記憶體耗盡所導緻的錯誤。

Ⅲ回收頻率 ：不會被回收

3.3常見的垃圾回收器

在此之前，我們先講一下下面将會涉及到的并發和并行兩個詞的解釋：

1）并行：指多條垃圾收集線程并行工作，但此時使用者線程仍然處于等待狀态；

2）并發：指使用者線程與 垃圾收集線程同時執行（但不一定是并行的，可能會交替執行），使用者程式繼續執行，而垃圾收集程式運作于另一個CPU上。

好啦，繼續講垃圾回收器：

1）串行回收器（隻使用一個CPU）：Young代采用串行複制算法；Old代使用串行标記壓縮算法（三個階段：标記mark—清除sweep—壓縮compact），回收期間程式會産生暫停，

2）并行回收器：對Young代采用的算法和串行回收器一樣，隻是增加了多CPU并行處理； 對Old代的處理和串行回收器完全一樣，依舊是單線程。

3）并行壓縮回收器：對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；隻是對Old代采用了不同的算法，其實就是劃分不同的區域，然後進行标記壓縮算法：

① 将Old代劃分成幾個固定區域；

② mark階段（多線程并行），标記可達對象；

③ summary階段（串行執行），從最左邊開始檢驗知道找到某個達到數值（可達對象密度小）的區域時，此區域及其右邊區域進行壓縮回收，其左端為密集區域

④ compact階段（多線程并行），識别出需要裝填的區域，多線程并行的把資料複制到這些區域中。經此過程後，Old代一端密集存在大量活動對象，另一端則存在大塊空間。

4）并發辨別—清理回收（CMS）：對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；隻是對Old代采用了不同的算法，但歸根待地還是标記清理算法：

① 初始辨別（程式暫停）：标記被直接引用的對象(一級對象)；

② 并發辨別（程式運作）：通過一級對象尋找其他可達對象；

③ 再标記（程式暫停）：多線程并行的重新标記之前可能因為并發而漏掉的對象（簡單的說就是防遺漏）

④ 并發清理（程式運作）

4.記憶體管理小技巧

1）盡量使用直接量，eg：String javaStr = “國小徒的成長曆程”;

2）使用StringBuilder和StringBuffer進行字元串連接配接等操作;

3）盡早釋放無用對象;

4）盡量少使用靜态變量;

5）緩存常用的對象:可以使用開源的開源緩存實作，eg：OSCache，Ehcache;