探秘Java記憶體回收機制

垃圾收集GC（Garbage Collection）是Java語言的核心技術之一，但在JVM的內部運行機制上看，Java的記憶體回收原理與機制並未改變。垃圾收集的目的在於清除不再使用的對象。GC通過確定對象是否被使用中的物件引用來確定是否收集該對象。GC首先要判斷該對象是否是時候可以收集。兩種常用的方法是引用計數和對象引用遍曆。

　　引用計數收集器

　　引用計數是垃圾收集器中的早期策略。在這種方法中，堆中每個對象（不是引用）都有一個引用計數。當一個對象被建立時，且將該對象分配給一個變數，該變數計數設定為1。當任何其它變數被賦值為這個對象的引用時，計數加1（a
= b,則b引用的對象+1），但當一個對象的某個引用超過了生命週期或者被設定為一個新值時，對象的引用計數減1。任何引用計數為0的對象可以被當作垃圾收集。當一個對象被垃圾收集時，它引用的任何對象計數減1。

　　優點：引用計數收集器可以很快的執行，交織在程式運行中。對程式不被長時間打斷的即時環境比較有利。

　　缺點： 無法檢測出循環參考。如父物件有一個對子物件的引用，子物件反過來引用父物件。這樣，他們的引用計數永遠不可能為0.

　　跟蹤收集器
 

　　早期的JVM使用引用計數，現在大多數JVM採用對象引用遍曆。對象引用遍曆從一組對象開始，沿著整個對象圖上的每條連結，遞迴確定可到達（reachable）的對象。如果某對象不能從這些根對象的一個（至少一個）到達，則將它作為垃圾收集。在對象遍曆階段，GC必須記住哪些對象可以到達，以便刪除不可到達的對象，這稱為標記（marking）對象。

　　下一步，GC要刪除不可到達的對象。刪除時，有些GC只是簡單的掃描堆棧，刪除未標記的未標記的對象，並釋放它們的記憶體以產生新的對象，這叫做清除（sweeping）。這種方法的問題在於記憶體會分成好多小段，而它們不足以用於新的對象，但是組合起來卻很大。因此，許多GC可以重新組織記憶體中的對象，並進行壓縮（compact），形成可利用的空間。

　　為此，GC需要停止其他的活動活動。這種方法意味著所有與應用程式相關的工作停止，只有GC運行。結果，在響應期間增減了許多混雜請求。另外，更複雜的 GC不斷增加或同時運行以減少或者清除應用程式的中斷。有的GC使用單線程完成這項工作，有的則採用多線程以增加效率。

　　一些常用的垃圾收集器

　　清除收集器

　　這種收集器首先遍曆對象圖並標記可到達的對象，然後掃描堆棧以尋找未標記對象並釋放它們的記憶體。這種收集器一般使用單線程工作並停止其他動作。並且，由於它只是清除了那些未標記的對象，而並沒有對標記對象進行壓縮，導致會產生大量記憶體片段，從而浪費記憶體。

　　壓縮收集器

　　有時也叫標記－清除－壓縮收集器，與標記－清除收集器有相同的標記階段。在第二階段，則把標記對象複製到堆棧的新域中以便壓縮堆棧。這種收集器也停止其他動作。

　　複製收集器

　　這種收集器將堆棧分為兩個域，常稱為半空間。每次僅使用一半的空間，JVM產生的新對象則放在另一半空間中。GC運行時，它把可到達對象複製到另一半空間，從而壓縮了堆棧。這種方法適用於短生存期的對象，持續複製長生存期的對象則導致效率降低。並且對於指定大小堆來說，需要兩倍大小的記憶體，因為任何時候都只使用其中的一半。

　　增量收集器

　　增量收集器把堆棧分為多個域，每次僅從一個域收集垃圾，也可理解為把堆棧分成一小塊一小塊，每次僅對某一個塊進行垃圾收集。這會造成較小的應用程式停機時間，使得使用者一般不能覺察到垃圾收集器正在工作。

　　分代收集器

　　複製收集器的缺點是：每次收集時，所有的標記對象都要被拷貝，從而導致一些生命週期很長的對象被來回拷貝多次，消耗大量的時間。而分代收集器則可解決這個問題，分代收集器把堆棧分為兩個或多個域，用以存放不同壽命的對象。JVM產生的新對象一般放在其中的某個域中。過一段時間，繼續存在的對象(非短命對象)將獲得使用期並轉入更長壽命的域中。分代收集器對不同的域使用不同的演算法以最佳化效能。

　　並行收集器

　　並行收集器使用某種傳統的演算法並使用多線程並行的執行它們的工作。在多CPU機器上使用多線程技術可以顯著的提高java應用程式的可擴充性。

　　最後，貼出一個非常簡單的跟蹤收集器的例圖，以便大家加深對收集器的理解：

跟蹤收集器圖例

　　使用垃圾收集器要注意的地方

　　下面將提出一些有關垃圾收集器要注意的地方，垃圾收集器知識很多，下面只列出一部分必要的知識：

　　◆每個對象只能調用finalize()方法一次。如果在finalize()方法執行時產生異常（exception），則該對象仍可以被垃圾收集器收集。

　　◆垃圾收集器跟蹤每一個對象，收集那些不可觸及的對象（即該對象不再被程式引用 了），回收其佔有的記憶體空間。但在進行垃圾收集的時候，垃圾收集器會調用該對象的finalize()方法（如果有）。如果在finalize()方法中，又使得該對象被程式引用(俗稱複活了)，則該對象就變成了可觸及的對象，暫時不會被垃圾收集了。但是由於每個對象只能調用一次finalize()方法，所以每個對象也只可能“複活”一次。

　　◆Java語言允許程式員為任何方法添加finalize()方法，該方法會在垃圾收集器交換回收對象之前被調用。但不要過分依賴該方法對系統資源進行回收和再利用，因為該方法調用後的執行結果是不可預知的。

　　◆垃圾收集器不可以被強制執行，但程式員可以通過調研System.gc方法來建議執行垃圾收集。記住，只是建議。一般不建議自己寫System.gc，因為會加大垃圾收集工作量。