老生常谈的java垃圾回收机制

一、确定被回收的对象

1. 引用计数（Reference Counting）

给对象添加一个引用计数器，当该对象被其他对象引用时，计数器加一；引用失效时计数器减一；引用数为0的对象就是需要被回收的对象。

这样的算法实现简单，但也存在弊端，比如有两个对象相互引用，但却没有其他任何地方引用它们，它们应当被视为“垃圾”，但他们的引用计数器并不为0；

2.可达性分析（Reachability Analysis）

选择一系列对象作为起始点（GC Roots），从这些节点开始进行DFS，搜索过的路径被称为引用链，若某个对象未处在任何引用链中，即该对象不可达，那么就认为这个对象是可被回收的；

GC Root可以是：

• 虚拟机栈中引用的对象，即函数内局部变量所引用的对象；
• 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；
• 本地方法栈中引用的对象；

3. 对象的finalize方法

当一个对象在某一次可达性分析中，被标记为不可达，那么它的finalize方法就可能被调用，前提是：

• 该对象的finalize方法被覆写；
• 该对象的finalize方法为被执行过；

若满足以上两个条件，该对象会被加入到F-Queue中，由一个Finalizer线程执行；

虚拟机并不保证队列中的对象的finalize方法一定会被执行，等到第二次标记到来时，仍然被标记为不可达的对象将会在不远的将来被回收；

不过在项目代码中，finalizer最好不要被重写；

4.方法区的回收

方法区的垃圾回收主要包括：废弃常量和无用的类；

废弃常量顾名思义是指没有被用到的常量，即当前进程中没有任何一个对象引用了该常量；

判定一个类是垃圾就比较麻烦：

• 首先，堆上不存在任何该类的实例；
• 该类的classloader被回收；
• 类对应的对象没有被引用，无法通过反射调用该类的方法；

二、垃圾回收算法

1. 标记-清除（Mark-Sweep）

首先标记出所有需要被回收的对象，然后统一回收；

它的不足在于效率较低且会产生大量的内存碎片；

2. 复制算法（Copying）

将内存分为两块，每次只使用其中一块，进行回收时，将仍存活的对象复制到另半块内存中，然后清理已使用的半块内存；

优点是效率高且没有碎片，缺点是浪费内存；

复制算法常被用于新生代的内存回收。由于在实际场景中，新生代的对象大多会在GC中被回收，因而备用内存可以小一些；实际的做法是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和一块Survivor，GC时将存活对象复制到另一块Survivor空间中；Eden与Survivor的比例为8:1，浪费的空间为10%，尚可接受；当Survivor空间不够用时，可以使用老年代空间进行分配担保；

3. 标记-整理（Mark-Compact）

将所有存活对象移到空间的一端，然后将区域外的空间清理；

4.分代收集

新生代对象“朝生夕死”，使用复制算法；老年代对象存活率高，使用标记-整理或标记清除；

三、保证GC的效率

1.使用OopMap找到GC Root

OopMap是一个记录了对象引用在Java堆栈中的位置的数据结构；

在GC时，GC线程就不需要扫描整个方法区，可以方便的知道每个对象的位置，从而快速完成根节点枚举；

2.安全点（Safe Point）

程序运行期间导致引用变化的指令非常多，每次变化都生成新的OopMap显然是不现实的；事实上，只有当线程运行到安全点（Safepoint）时才停下来开始生成OopMap、进行GC；

安全点的线程同步，即让所有线程同时停在最近的安全点：

• 抢先式中断：GC发生时，让所有线程暂停，如果暂停的地方不在安全点上，就恢复线程，让它停到最近的安全点上；
• 主动式中断：设置一个中断标志，线程执行时不断地轮询这个标志，若发现标志为真则把自己中断挂起，标志设置在安全点上；

实际一般用主动式中断；

3.安全区域（Safe Region）

安全点的不足在于，若线程处于Blocked或Waiting状态，那么该线程就无法响应JVM的中断请求，停到安全点上；

安全区域（Safe Region）被用来解决这个问题。安全区域是引用关系不会发生变化的一段代码片段，在这个区域的任意位置开始GC都是安全的。当线程离开Safe Region之前，需要检查系统是否已经完成了GC，若否，则需要等待完成。Safe Region相当于拓宽了安全点，如果说线程在安全区域内Blocked那么GC还是能正常进行的。

参考

• 《深入理解Java虚拟机（第2版）》 周志明
• What does Oop Maps means in Hotspot VM exactly