[Java]理解JVM之四：記憶體回收機制

標籤：釋放   roo   理解   minor   強引用   引用計數器   判斷   殺進程   基礎   

JVM記憶體中的各個地區都會回收嗎？

首先我們知道 Java 棧和本地方法棧在方法執行完成後對應的棧幀就立刻出棧銷毀，兩者的回收率可以認為是100%；Java 堆中的對象在沒有被引用後，即使用完成後會被回收；方法區中的資料一般不會回收，只有在同時滿足：所有執行個體被回收、載入該類的類載入器被回收、Class對象無法通過任何途徑訪問（包括反射）時才會回收；而程式計數器主要是記錄指令執行的資訊，在 HostSpot 虛擬機器中是不會被回收的； 

對於堆中的記憶體回收機制如下：

一、何時觸發對象的回收

• 對象沒有被引用時
• 範圍發生未捕獲的異常
• 程式在範圍正常執行完畢
• 程式執行了System.exit()
• 程式被意外終止（被殺進程）

二、檢測垃圾

1、引用計數法（JDK1.2之前）

當這個類被載入到記憶體以後，就會產生方法區，堆棧、程式計數器等一系列資訊，當建立對象的時候，為這個對象在堆棧空間中指派至，同時會產生一個引用計數器，同時引用計數器+1，當有新的引用的時候，引用計數器繼續+1，而當其中一個引用銷毀的時候，引用計數器-1，當引用計數器被減為零的時候，標誌著這個對象已經沒有引用了，可以回收了。但是如果有兩個對象相互引用，則這種方式無法檢測。

2、根搜尋法

把所有的參考關聯性看作一張圖，從一個 GC Root 節點開始搜尋，搜尋完成後沒有被引用到的節點，即無用的節點，將其標記為垃圾。

可作為 GC Root 節點的對象有

• Java 棧中引用的對象
• 方法區中靜態屬性引用的對象
• 方法區中常量引用的對象
• 本地方法棧中引用的對象

對於引用在 Java 中存在四種參考型別

• 強引用：直接 new 出來的對象是強引用，是使用最普遍的引用。如果一個對象具有強引用，那記憶體回收行程絕不會回收它。當記憶體空間不足，Java虛擬機器寧願拋出OutOfMemoryError錯誤，使程式異常終止，也不會靠隨意回收具有強引用的對象來解決記憶體不足的問題。 

• 軟引用：通過類 SoftReference 進行封裝。當JVM中的記憶體不足的時候，記憶體回收行程會釋放那些只被軟引用所指向的對象，如果記憶體還不足，才會拋出OutOfMemory錯誤。使用軟引用對象時要判斷是否還存活。軟引用非常適合於建立緩衝，當記憶體不足的時釋放緩衝。

• 弱引用：通過類 WeakReference 進行封裝。如果一個對象的所有引用都是弱引用，則這個對象會被回收。弱引用解決了對象在存活關係上的耦合關係。弱引用在集合中最常見，尤其是在雜湊表中，雜湊表的介面允許使用任何對象作為鍵，當一個索引值被放入雜湊表中後，雜湊表就有了這些鍵和值對象的引用。如果是強引用，只要雜湊表本身還存活則鍵和值對象不會被回收，弱引用就是為瞭解決這個問題。Java 中提供了 WeakHashMap 來滿足這個需求。

• 虛引用：通過類 PhantomReference 進行封裝，主要用於檢測對象是否已經清除。

 三、記憶體回收

在 JDK1.2 之前是通過引用計數法來標記垃圾，在之後是使用根搜尋法來標記垃圾。當垃圾標記後有三種方式來回收垃圾：

• 標記-清除
• 複製
• 標記-整理

1、標記-清除

標記-清除演算法是當垃圾被標記後，直接回收其所佔空間。這種方式不需要進行對象的移動，在存活對象較多的情況下效率很高，但是會造成記憶體片段。

2、複製

複製演算法是在搜尋垃圾過程中將存活對象複製到一塊新的空間中，然後再清除垃圾。這種方式在存活對象比較少的情況下效率很高，但是需要一塊記憶體空間用於對象的移動。

3、標記-整理

標記-整理演算法與標記-清除演算法一樣對對象進行清除，但是在標記-清除演算法的基礎上要將所有存活對象往同一地區移動，並更新對應的引用。這種方式成本較高，但是解決了記憶體片段的問題。

 

 

四、堆中分代的記憶體回收策略

因為不同對象的生命週期是不一樣的，所以根據對象的生命週期不同可以採取不同的回收演算法，以便提高回收效率。

1、年輕代

在年輕代的記憶體中按照 8:1:1 的比例分為一個 Eden 區和兩個 Survivor 區。大部分對象在 Eden 中產生，當 Eden 區滿後觸發 Minor GC（不一定等Eden區滿了才觸發），將 Eden 區和非空閑 Survivor 區存活對象複製到另一個閒置 Survivor 區中。年輕代 minor GC 就是在兩個 Survivor 區之間相互複製存活對象，直到一個 Survivor 區滿後將存活對象複製到年老代中。

2、年老代

年老代存放對象的生命週期較長，因為對象在年輕代經曆了多次回收後仍倖存。年老代與年輕代的記憶體比大概是1:2，當年老代也滿了，將觸發 Major GC 即 Full GC，對整個堆（包括新生代、舊生代和持久代）進行記憶體回收。

3、持久代

即方法區，存放的是常量、位元組碼檔案資訊，相對較為穩定，因為不會頻繁建立對象。如果持久代滿了後，觸發Full GC。

 五、GC的類型

在年輕代的 GC 被稱為 Minor GC，在年老代的 GC 被稱為 Major GC，另外還有 Full GC 是指回收整個堆（包括新生代、舊生代和持久代）。

導致 Minor GC 的情況：

導致 Major GC 的情況：

導致 Full GC 的情況：老年代已滿、持久代已滿、調用 System.gc()、上次 GC 後堆的各域分配策略動態變化

上述的 Minor GC、Major GC 及 Full GC 我的理解是這僅僅是個稱呼，來代表 GC 作用的地區。而關於 GC 的類型，有以下幾種：

• Serial GC：年輕代單線程收集器，使用複製演算法，在 JDK1.3 之前廣泛使用。當進行記憶體回收時，需要中斷所有使用者線程。

• SerialOld GC：年老代單線程收集器，使用標記-整理演算法，是 Serial GC 的老年代版本。

• ParNew GC：年輕代多線程收集器，使用複製演算法。可以理解為 Serial GC 的多線程版。在單 CPU 環境下效率遠低於 Serial GC。

• ParallelScavenge GC：並行收集器，使用複製演算法，追求高輸送量。

• ParallelOld GC：並行收集器，使用複製演算法，是 ParallelScavenge GC 年老代版本。

• CMS GC（Concurrent Mark Sweep GC）：高並發，佔用 CPU 較高，使用標記-清理演算法。

• GarbageFirst GC（G1 GC）

[Java]理解JVM之四：記憶體回收機制