垃圾回收和内存分配策略(一)

本是古典何须时尚 2022-07-18 05:25 211阅读 0赞

jvm垃圾回收算法需要考虑的问题是：哪些内存需要回收？什么时候回收？如何回收？

由于程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈随线程而生随线程而灭，同时栈中的栈帧随着方法的进入和退出而执行着出栈和入栈操作，每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定是就已经知道了，这三个区域的内存分配和回收都确定；而java堆和方法区则不同，我们只有在程序运行期间才能知道需要创建那些对象，这些内存的分配和回收都是动态的，因此需要回收的是堆和方法区所占的内存。

那应该在什么时候回收呢?在此需要对堆里面的对象，在垃圾收集器回收前，进行判断哪些对象在任何途径下都不可能使用。  
1、 引用计数法：给对象添加一个引用计数器，每当有个地方引用该对象时，计数器就加1，引用失效，计数器就减1，当任何时刻引用计数器为0时，该对象就不可能再被使用了。  
但是，至少主流的java虚拟机没有使用引用计数算法来管理内存，主要原因是它很难解决对象之间相互循环的引用。

2、可达性分析算法：主流的语言的主流实现中，都是通过可达性分析算法来判断对象是否存活。  
基本思想：通过一些列的’GC Roots’的对象作为起始点，从这些节点开始往下搜索，搜索所走过的路径成为’引用链’,当一个对象到GC Roots没有任何引用链时（就是从GC Roots到这个对象不可达），则证明这个对象不可用，这些对象将被判定可回收。  
![这里写图片描述][20160906161341359]

如图：对象object5、object6、object7虽然互相有关联，但是它们到GC Roots 是不可大，因此它们将会被判定为 可回收的对象。

在java中，可作为GC Roots 的对象有：  
1、java虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象  
2、方法区中类静态属性引用的对象  
3、方法区中常量引用的对象。  
4、本地方法栈中（一般说的Native方法）引用的对象。

jdk1.2之前，只有引用和没有被引用两种状态，jdk1.2之后，引用分为了强引用、软引用、弱引用、虚引用，引用强度依次减弱。

1、强引用：代码中普遍存在的；例如：Object object = new Object(); 只要强引用还存在，垃圾收集器就永远不会回收被引用的对象。当内存空间不足，Java虚拟机抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止；

2、软引用：有用但不是必需的对象的引用，Java虚拟机会尽量让软引用的存活时间长一些，在内存将要溢出异常之前才列入回收进行第二次回收，如果清理后内存仍然不足，再抛出OutOfMemoryError错误；

3、弱引用：也是用来描述非必需对象，但是被弱引用的对象，只能存活到下一次垃圾收集之前，当垃圾收集时，无论内存是否够用，都会回收掉只被弱引用引用的对象；

4、虚引用：仅用来处理对象被回收时收到一个系统通知，Java虚拟机不负责清理虚引用。

在可达性分析中不可达的对象，这些对象不是’非死不可’(缓刑阶段)，要宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记：  
1、GC Roots不可达将会进行第一次标记且进行一次筛选，筛选的条件就是此对象有没有必要执行finalize()方法，当对象没有覆盖finalize()或finalize()被虚拟机调用过，这两种情况虚拟机视为”没有必要执行”。

2、此外就是有必要执行finalize()方法（覆盖），那么这个对象就是会被放入F-Queue的队列中，finalize()方法是对象逃脱死亡的最后一次机会(与引用链上的某个对象关联起来，把对象赋值给某个类变量或对象的成员变量，将会逃脱被回收集合)；稍后GC对F-Queue中的对象进行小规模的第二次标记，被两次标记对象真的要被回收了。

##### 一个对象的自我拯救,代码如下: #####

/** *此代码有两点： *1、对象可以在GC时自我拯救 *2、只有一次机会，因为一个对象的finalize()最多被系统自动调用一次 **/
    public class FinalizeEscapeGC { 
    
    
            public static FinalizeEscapeGC  SAVE_HOOK = null;  //类静态对象
    
            public void isAlive() {
                System.out.println("yes, i am still alive :)");
            }
            //finalize()是Object的protected方法，子类可以覆盖该方法以实现资源清理工作，GC在回收对象之前调用该方法
            @Override
            protected void finalize() throws Throwable {
                super.finalize();
                System.out.println("finalize mehtod executed!");
                FinalizeEscapeGC .SAVE_HOOK = this;
            }
    
            public static void main(String[] args) throws Throwable {
                SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC ();
                //对象第一次成功拯救自己
                SAVE_HOOK = null;
                System.gc();
                // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
                Thread.sleep(500);
                if (SAVE_HOOK != null) {
                    SAVE_HOOK.isAlive();
                } else{
                    System.out.println("no, i am dead :(");
                }
                // 下面这段代码与上面的完全相同，但是这次自救却失败了
                SAVE_HOOK = null;
                System.gc();
                // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
                Thread.sleep(500);
                if (SAVE_HOOK != null) {
                    SAVE_HOOK.isAlive();
                } else{
                    System.out.println("no, i am dead :(");
                }
            }
    }

运行结果：
    finalize mehtod executed!  
    yes, i am still alive :)  
    no, i am dead :(

从运行结果可以看到，SAVE\_HOOK对象的finalize()方法确实被GC收集器触发过，并且在被收集前成功逃脱了。

另外就是，代码中有两段完全一样的代码片段，执行结果却是一次逃脱成功，一次失败，这是因为任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次，如果对象面临下一次回收，它的finalize()方法不会被再次执行，因此第二段代码的自救行动失败了。

需要特别说明的是，并不鼓励大家使用finalize()方法来拯救对象，建议大家尽量避免使用它，。它的运行代价高昂，不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序。有些教材中提到它适合做“关闭外部资源”之类的工作，这完全是对这种方法的用途的一种自我安慰。finalize()能做的所有工作，使用try-finally或其他方式都可以做得更好、更及时，大家完全可以忘掉Java语言中还有这个方法的存在。

回收方法区:

永久代垃圾收集分为两部分：废弃常量和无用的类。  
回收废弃常量和回收java堆中对象非常类似，例如字符串“abc”已经进入了常量池，但是系统中没有任何一个String对象叫做“abc”，  
常量没有其他地方引用就会被移除常量池(回收)，方法区中的类（接口）字段等符号引用也是如此。

满足以下3个条件才算是’无用的类’：(  
1:该类的所用实例都已经被回收，也就是堆中不存在该类的任何实例  
2:加载该类的ClassLoader已经被回收  
3:该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用,无法通过发射访问该类的方法  
java虚拟机可以对这些无用类回收，是否被回收，java虚拟机提供了一些设置参数。

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