JVM 虚拟机 ----＞垃圾收集算法

文章目录

- [JVM 垃圾收集器](#JVM 垃圾收集器)
- - 一、判断对象是否存活
  - [二、Java 中的四种引用方式](#二、Java 中的四种引用方式)
  - - [1、强引用（Strong Reference）](#1、强引用（Strong Reference）)
    - - （1）弱化方式1
      - （2）弱化方式2
    - [2、软引用（Soft Reference）](#2、软引用（Soft Reference）)
    - [3、弱引用（Weak Reference）](#3、弱引用（Weak Reference）)
    - [4、虚引用（Phantom Reference）](#4、虚引用（Phantom Reference）)
  - 二、垃圾收集算法

JVM 垃圾收集器

一、判断对象是否存活

1、引用计数算法

（1）基本思路

在对象中添加一个引用计数器
每当有一个地方引用这个对象时，计数器就+1
每当有一个引用失效时，计数器就会-1
当计数器为0的时候，那么该对象就是可被 GC 回收的对象

（2）存在的问题

对象循环引用

a对象引用b对象，b对象也引用a对象，a、b对象没有再被其他对象引用，正常来说这两个对象已经是垃圾了，因为没有被其他对象再引用，但是计数器的数值却不是 0 ，所以使用此算法就无法被回收

2、可达性分析算法

（1）基本思路

通过定义了一系列称为"GC Roots"的根对象作为起始节点集
从 GC Roots 开始，根据引用关系往下进行搜索，查找的路径我们把它称为 "引用链"
当一个对象到 GC Roots 之间没有任何引用链相连时（对象与GC Roots 之间不可达），那么该对象就是可被GC回收的垃圾对象。

可达性分析算法 也是JVM 默认使用的寻找垃圾算法。

比如执行一个方法，这个方法就被当做 GC Roots 根对象，方法内的所有对象都会与跟根对象产生关联，当这些对象与 GC Roots 有关联时，不会被当做垃圾回收，当没有关联时，就会被回收

例如

Object 6、Object 7、Object 8彼此之前有引用关系，但是没有与"GC Roots"相连，那么就会被当做垃圾所回收。

二、Java 中的四种引用方式

1、强引用（Strong Reference）

强引用是最普遍的引用
当一个对象是强引用，垃圾回收器绝不会回收他
当内存不足时，JVM 宁愿抛出 OutOfMemoryError 错误，也不会回收具有强引用的对象，来解决内存不足问题

java 复制代码

Object strongReference = new Object();

如果强引用对象不使用时，需要弱化从而使 GC 能够回收

（1）弱化方式1

显示的设置 strongReference 对象为null，则 gc 认为该对象不存在引用，这时就可以回收这个对象
如果 strongReference 是 全局变量 ，就需要在不用这个对象时赋值为null，因为强引用不会被垃圾回收。

java 复制代码

strongReference = null;

应用场景 ：在ArrayList集合类中定义elementData数组，在调用clear()方法清空集合元素时，将每个数组元素被赋值为null。目的是为了将内存数组 中存放的引用类型 进行内存释放 ，可以及时释放内存。不选择将elementData=null，是为了避免在后续调用add()等方法添加新元素时，需要进行内存的重新分配

java 复制代码

//ArrayList 源码
public void clear() {
    modCount++;

    // clear to let GC do its work
    for (int i = 0; i < size; i++)
        elementData[i] = null;

    size = 0;
}

（2）弱化方式2

让对象超出作用域范围，即缩小强引用的作用范围

java 复制代码

public void test() {
    Object strongReference = new Object();
    // 省略其他操作
}

应用场景 ：在一个方法的内部 有一个强引用 ，这个引用保存在VM Stack栈中（GC Root*），而真正的引用对象(Object)保存在堆中。当这个方法运行完成 后，就会退出方法栈，则这个对象会被回收。

2、软引用（Soft Reference）

如果一个对象只具有软引用，则 内存空间充足 时，垃圾回收器就不会回收它
如果 内存空间不足时 ，就会回收这些对象，从而释放内存
软引用可以用来实现内存敏感的高速缓存

使用 SoftReference 创建软引用

java 复制代码

// 定义和访问软引用
// 强引用
String strongReference = new String("abc");

// 软引用
String str = new String("abc");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<String>(str);

// 访问软引用
softReference.get();

软引用对象是在jvm内存不够的时候才会被回收，我们调用System.gc()方法只是起通知作用，最终何时回收，由JVM决定。
所以，当内存不足时，JVM首先将软引用 中的对象引用置为null，然后通知垃圾回收器进行回收：

java 复制代码

//回收软引用
// 软引用
String str = new String("abc");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str);

str = null;

// Notify GC
System.gc();

try {
    byte[] buff1 = new byte[900000000]; // 内存充沛
    // byte[] buff2 = new byte[900000000]; // 内存不足
} catch (Error e) {
    e.printStackTrace();
}

System.out.println(softReference.get()); // abc 或 null

**应用场景：**短视频APP中的视频缓存，后退时，显示的短视频内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢？

如果一个短视频在播放结束时，就进行内容的回收，则后退查看前面播放的短视频时，需要重新请求。
如果将播放过的短视频存储到内存中，会造成内存的开销，甚至会造成内存溢出。

此时，可以使用软引用解决这个实际问题：

java 复制代码

//软引用案例
// 获取视频播放器对象
Player videoAlayer = new Player();

// 加载短视频
Video video = audioAlayer.getVideo();

// 将播放完毕的短视频设置为软引用
SoftReference softReference = new SoftReference(video);

// 回退或者再次播放时
if(softReference.get() != null) {
    // 内存充足，还没有被回收器回收，直接获取缓存
    video = softReference.get();
} else {
    // 内存不足，软引用的对象已经回收
    video = audioAlayer.getVideo();
    // 重新构建软引用
    softReference = new SoftReference(video);
}

3、弱引用（Weak Reference）

只具有 弱引用 的对象拥有 更短暂 的 生命周期
在垃圾回收器扫描的时候，不管内存是否足够，都会回收它的内存

创建弱引用，使用 WeakReference

java 复制代码

String str = new String("abc");
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
str = null;

System.gc();
		
// 一旦发生GC，弱引用一定会被回收
System.out.println(weakReference.get());

4、虚引用（Phantom Reference）

虚引用是最弱的一种引用关系
如果一个对象仅持有虚引用，完全不会对其生存时间构成影响，它就和没有任何引用一样，随时可能会被回收
主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动，可以在垃圾收集时收到一个系统通知

java 复制代码

public class PhantomReference<T> extends Reference<T> {
    public T get() {
        return null;
    }
}

二、垃圾收集算法

1、分代收集理论

目前主流JVM虚拟机中的垃圾收集器，都遵循分代收集理论：

弱分代：绝大多数对象都是朝生夕灭
强分代：经历越多次垃圾收集过程的对象，越难以回收，难以消亡

按照分代收集理论 设计的"分代垃圾收集器 "，所采用的设计原则：收集器应该将Java堆划分成不同的区域，然后将回收对象依据其年龄（年龄即对象经历过垃圾收集过程的次数）分配到不同的区域存储

（1）分代存储

如果一个区域中大多数对象都是朝生夕灭（新生代），难以熬过垃圾收集过程的话，把它们集中存储在一起，每次回收时，只关注如何保留少量存活对象，而不是去标记大量将要回收的对象，就能以较低代价回收到大量的空间。
如果一个区域中大多数对象都是难以回收（老年代 ），那么把它们集中放在一起，JVM虚拟机就可以使用较低的频率，来对这个区域进行回收。
这样设计的好处是，兼顾垃圾收集的时间开销和内存空间的有效利用。

（2）分代收集

堆区按照分代存储的好处：

在Java堆区划分成不同区域后，垃圾收集器才可以每次只回收其中某一个或者某些区域，所以才有MinorGC、MajorGC、FullGC等垃圾收集类型划分。

在Java堆区划分成不同区域后，垃圾收集器才可以针对不同的区域，安排与该区域存储对象存亡特征相匹配的垃圾收集算法：标记-复制算法 、标记-清除算法 、标记-整理算法等

垃圾收集类型划分：

部分收集（Partial GC）：没有完整收集整个Java堆的垃圾收集，其中又分为：
- 新生代收集（Minor GC / Young GC）
- 老年代收集（Major GC / Old GC）
- 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代和部分老年代的垃圾收集。
整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆的垃圾收集