老生常談的java垃圾回收機制

一、确定被回收的對象

1. 引用計數（Reference Counting）

給對象添加一個引用計數器，當該對象被其他對象引用時，計數器加一；引用失效時計數器減一；引用數為0的對象就是需要被回收的對象。

這樣的算法實作簡單，但也存在弊端，比如有兩個對象互相引用，但卻沒有其他任何地方引用它們，它們應當被視為“垃圾”，但他們的引用計數器并不為0；

2.可達性分析（Reachability Analysis）

選擇一系列對象作為起始點（GC Roots），從這些節點開始進行DFS，搜尋過的路徑被稱為引用鍊，若某個對象未處在任何引用鍊中，即該對象不可達，那麼就認為這個對象是可被回收的；

GC Root可以是：

• 虛拟機棧中引用的對象，即函數内局部變量所引用的對象；
• 方法區中類靜态屬性引用的對象；
• 方法區中常量引用的對象；
• 本地方法棧中引用的對象；

3. 對象的finalize方法

當一個對象在某一次可達性分析中，被标記為不可達，那麼它的finalize方法就可能被調用，前提是：

• 該對象的finalize方法被覆寫；
• 該對象的finalize方法為被執行過；

若滿足以上兩個條件，該對象會被加入到F-Queue中，由一個Finalizer線程執行；

虛拟機并不保證隊列中的對象的finalize方法一定會被執行，等到第二次标記到來時，仍然被标記為不可達的對象将會在不遠的将來被回收；

不過在項目代碼中，finalizer最好不要被重寫；

4.方法區的回收

方法區的垃圾回收主要包括：廢棄常量和無用的類；

廢棄常量顧名思義是指沒有被用到的常量，即目前程序中沒有任何一個對象引用了該常量；

判定一個類是垃圾就比較麻煩：

• 首先，堆上不存在任何該類的執行個體；
• 該類的classloader被回收；
• 類對應的對象沒有被引用，無法通過反射調用該類的方法；

二、垃圾回收算法

1. 标記-清除（Mark-Sweep）

首先标記出所有需要被回收的對象，然後統一回收；

它的不足在于效率較低且會産生大量的記憶體碎片；

2. 複制算法（Copying）

将記憶體分為兩塊，每次隻使用其中一塊，進行回收時，将仍存活的對象複制到另半塊記憶體中，然後清理已使用的半塊記憶體；

優點是效率高且沒有碎片，缺點是浪費記憶體；

複制算法常被用于新生代的記憶體回收。由于在實際場景中，新生代的對象大多會在GC中被回收，因而備用記憶體可以小一些；實際的做法是将記憶體分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和一塊Survivor，GC時将存活對象複制到另一塊Survivor空間中；Eden與Survivor的比例為8:1，浪費的空間為10%，尚可接受；當Survivor空間不夠用時，可以使用老年代空間進行配置設定擔保；

3. 标記-整理（Mark-Compact）

将所有存活對象移到空間的一端，然後将區域外的空間清理；

4.分代收集

新生代對象“朝生夕死”，使用複制算法；老年代對象存活率高，使用标記-整理或标記清除；

三、保證GC的效率

1.使用OopMap找到GC Root

OopMap是一個記錄了對象引用在Java堆棧中的位置的資料結構；

在GC時，GC線程就不需要掃描整個方法區，可以友善的知道每個對象的位置，進而快速完成根節點枚舉；

2.安全點（Safe Point）

程式運作期間導緻引用變化的指令非常多，每次變化都生成新的OopMap顯然是不現實的；事實上，隻有當線程運作到安全點（Safepoint）時才停下來開始生成OopMap、進行GC；

安全點的線程同步，即讓所有線程同時停在最近的安全點：

• 搶先式中斷：GC發生時，讓所有線程暫停，如果暫停的地方不在安全點上，就恢複線程，讓它停到最近的安全點上；
• 主動式中斷：設定一個中斷标志，線程執行時不斷地輪詢這個标志，若發現标志為真則把自己中斷挂起，标志設定在安全點上；

實際一般用主動式中斷；

3.安全區域（Safe Region）

安全點的不足在于，若線程處于Blocked或Waiting狀态，那麼該線程就無法響應JVM的中斷請求，停到安全點上；

安全區域（Safe Region）被用來解決這個問題。安全區域是引用關系不會發生變化的一段代碼片段，在這個區域的任意位置開始GC都是安全的。當線程離開Safe Region之前，需要檢查系統是否已經完成了GC，若否，則需要等待完成。Safe Region相當于拓寬了安全點，如果說線程在安全區域内Blocked那麼GC還是能正常進行的。

參考

• 《深入了解Java虛拟機（第2版）》 周志明
• What does Oop Maps means in Hotspot VM exactly