Java的記憶體回收機制

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• 3.1記憶體回收演算法

來源：http://www.cnblogs.com/xiaoxuetu/archive/2013/03/29/2987805.html

在Java中，它的記憶體管理組件括兩方面：記憶體配置（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， 所以也使Java很多程式員不再關心記憶體配置，導致很多程式低效，耗記憶體。因此就有了Java程式員到最後應該去瞭解JVM，才能寫出更高效，充分利用有 限的記憶體的程式。

1.Java在記憶體中的狀態

首先我們先寫一個代碼為例子：

Person.java

 1 package test; 2  3 import java.io.Serializable; 4  5 public class Person implements Serializable { 6  7     static final long serialVersionUID = 1L; 8  9     String name; // 姓名10     11     Person friend;    //朋友12 13     public Person() {}14     15     public Person(String name) {16         super();17         this.name = name;18     }19 }

Test.java

 1 package test; 2  3  4 public class Test{ 5  6     public static void main(String[] args) { 7         Person p1 = new Person("Kevin"); 8         Person p2 = new Person("Rain"); 9         Person p3 = new Person("Sunny");10         11         p1.friend = p2;12         p3 = p2;13         p2 = null;14     }15 }

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，有向邊是參考關聯性）：

當程式運行起來之後，把它在記憶體中的狀態看成是有向圖後，可以分為三種：

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

2）可恢複狀態：如果程式中某個對象不再有任何的引用變數引用它，它將先進入可恢複狀態，此時從有向圖的起始頂 點不能再導航到該對象。在這個狀態下，系統的記憶體回收機制準備回收該對象的所佔用的記憶體，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數引用該對象，則這個對象會再次變為可達狀態；否則就會進入不可達狀態。

3）不可達狀態：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態，則這個對象將永久性失去引用並且變成不可達狀態，系統才會真正的去回收該對象所佔用的資源。

上述三種狀態的轉換圖如下：

2.Java對對象的4種引用

1）強引用 ：建立一個對象並把這個對象直接賦給一個變數，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類實現，eg : SoftReference<Person> p = new SoftReference<Person>(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，所以在使用之前要判斷是否為null從而判斷他是否已經被回收了。

3）弱引用 ：通過WeakReference類實現，eg : WeakReference<Person> p = new WeakReference<Person>(new Person("Rain"));不管記憶體是否足夠，系統記憶體回收時必定會回收。

4）虛引用 ：不能單獨使用，主要是用於追蹤對象被記憶體回收的狀態。通過PhantomReference類和引用隊列ReferenceQueue類聯合使用實現，eg ：

 1 package test; 2  3 import java.lang.ref.PhantomReference; 4 import java.lang.ref.ReferenceQueue; 5  6  7 public class Test{ 8  9     public static void main(String[] args) {10         //建立一個對象11         Person person = new Person("Sunny");    12         //建立一個引用隊列    13         ReferenceQueue<Person> rq = new ReferenceQueue<Person>();14         //建立一個虛引用，讓此虛引用引用到person對象15         PhantomReference<Person> pr = new PhantomReference<Person>(person, rq);16         //切斷person引用變數和對象的引用17         person = null;18         //試圖取出虛引用所引用的對象19         //發現程式並不能通過虛引用訪問被引用對象，所以此處輸出為null20         System.out.println(pr.get());21         //強制記憶體回收22         System.gc();23         System.runFinalization();24         //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25         //所以用隊列中最先進入隊列中引用與pr進行比較，輸出true26         System.out.println(rq.poll() == pr);27     }28 }

運行結果：

3.Java記憶體回收機制

其實Java記憶體回收主要做的是兩件事：1）記憶體回收 2）磁碟重組

3.1記憶體回收演算法

1）串列回收（只用一個CPU）和並行回收（多個CPU才有用）：串列回收是不管系統有多少個CPU，始終只用一個CPU來執行記憶體回收操作，而並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，從而讓多個CPU並行回收。並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，如記憶體片段增加。

2）並發執行和應用程式停止 ：應用程式停止（Stop-the-world）顧名思義，其記憶體回收方式在執行記憶體回收的同時會導致應用程式的暫停。並發執行的記憶體回收雖然不會導致應用程式的暫停，但由於並發執行垃圾需要解決和應用程式的執行衝突（應用程式可能在記憶體回收的過程修改對象），因此並發執行記憶體回收的系統開銷比Stop-the-world高，而且執行時需要更多的堆記憶體。

3）壓縮和不壓縮和複製 ：

①支援壓縮的記憶體回收行程（標記-壓縮 = 標記清除+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，減少了記憶體片段。

②不壓縮的記憶體回收行程（標記-清除）要遍曆兩次，第一次先從跟開始訪問所有可達對象，並將他們標記為可達狀態，第二次便利整個記憶體地區，對未標記可達狀態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，但要兩次遍曆，會產生片段

③複製式的記憶體回收行程：將堆記憶體分成兩個相同空間，從根（類似於前面的有向圖起始頂點）開始訪問每一個關聯的可 達對象，將空間A的全部可達對象複製到空間B，然後一次性回收空間A。對於該演算法而言，因為只需訪問所有的可達對象，將所有的可達對象複製走之後就直接回 收整個空間，完全不用理會不可達對象，所以遍曆空間的成本較小，但需要巨大的複製成本和較多的記憶體。