Java虚拟机（2）自动内存管理机制

1.概要

在《深入理解Java虚拟机》学习小记一之自动内存管理机制(一)中，我们罗列了以下几个问题：

1. 什么操作可能导致内存溢出？
2. 有哪些种类的内存溢出？
3. 都是在内存的哪些区域溢出？
4. 垃圾收集有哪些原则？
5. 有哪些垃圾收集算法及其实现？
6. 新生代和老年代的回收策略如何？
7. 各种内存相关的JVM参数是什么意思？

本文主要总结问题4、问题5和问题7.总体如下：

2.判断对象是否存活的算法

常用的判断对象是否存活的算法有两种：一种是引用计数算法，另外一种是根搜索算法。例如Python语言就是使用了引用计数算法进行内存管理的。Java、C#和古老的Lisp等语言使用了根搜索算法判断对象是否存活。下面就算法的思想上介绍这两种算法。

2.1引用计数算法

引用计数算法最主要的步骤如下描述：

1. 给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器值就加1
2. 当引用失效时，计数器值就减1
3. 当计数器的值为0时，就判断该对象不能被使用

这个算法实现简单，但是很难解决对象之间循环引用的问题，因此Java并没有使用这种算法来管理内存。

2.2根搜索算法

根搜索算法是通过一系列的名为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,则证明此对象是不可用的。

3.GC算法

3.1标记-清除（Mark-Sweep）算法

算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。算法示意图如下：

该算法是最基础的收集算法，后续的搜集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进得到的。

3.2复制（Copying）算法

为了解决效率问题，复制算法将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一快。当这块的内存用完了，就讲还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。算法示意图如下：

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代。

3.3标记-整理（Mark-Compact）算法

复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，效率将会很低。因此在老年代一般不能直接使用这种算法。

为了解决这个问题，标记-整理算法为此诞生。该算法标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，算法示意图如下：

3.4分代收集算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，该算法只是根据对象的存活周期不同将内存划分为几块。一般将Java堆划分为新生代和老年代。新生代一般采用复制算法，老年代一般采用标记-清除算法或标记-整理算法。

3.5几种算法的优缺点

4.垃圾收集器

关于垃圾收集器的知识在这里不做介绍，有兴趣的可以参考http://book.51cto.com/art/201107/278913.htm

5.垃圾收集器的参数总结

6.关于GC的几点补充

经过上述的说明，可以发现垃圾回收有以下的几个特点：

1.垃圾收集发生的不可预知性：由于实现了不同的垃圾收集算法和采用了不同的收集机制，所以它有可能是定时发生，有可能是当出现系统空闲CPU资源时发生，也有可能是和原始的垃圾收集一样，等到内存消耗出现极限时发生，这与垃圾收集器的选择和具体的设置都有关系。

2.垃圾收集的精确性：主要包括2 个方面：
a.垃圾收集器能够精确标记活着的对象；
b.垃圾收集器能够精确地定位对象之间的引用关系。
前者是完全地回收所有废弃对象的前提，否则就可能造成内存泄漏。而后者则是实现归并和复制等算法的必要条件。所有不可达对象都能够可靠地得到回收，所有对象都能够重新分配，允许对象的复制和对象内存的缩并，这样就有效地防止内存的支离破碎。

3.现在有许多种不同的垃圾收集器，每种有其算法且其表现各异，既有当垃圾收集开始时就停止应用程序的运行，又有当垃圾收集开始时也允许应用程序的线程运行，还有在同一时间垃圾收集多线程运行。

4.垃圾收集的实现和具体的JVM 以及JVM的内存模型有非常紧密的关系。不同的JVM 可能采用不同的垃圾收集，而JVM 的内存模型决定着该JVM可以采用哪些类型垃圾收集。现在，HotSpot 系列JVM中的内存系统都采用先进的面向对象的框架设计，这使得该系列JVM都可以采用最先进的垃圾收集。

5.随着技术的发展，现代垃圾收集技术提供许多可选的垃圾收集器，而且在配置每种收集器的时候又可以设置不同的参数，这就使得根据不同的应用环境获得最优的应用性能成为可能。

针对以上特点，我们在使用的时候要注意：

1.不要试图去假定垃圾收集发生的时间，这一切都是未知的。比如，方法中的一个临时对象在方法调用完毕后就变成了无用对象，这个时候它的内存就可以被释放。

2.Java中提供了一些和垃圾收集打交道的类，而且提供了一种强行执行垃圾收集的方法--调用System.gc()，但这同样是个不确定的方法。Java 中并不保证每次调用该方法就一定能够启动垃圾收集，它只不过会向JVM发出这样一个申请，到底是否真正执行垃圾收集，一切都是个未知数。

3.挑选适合自己的垃圾收集器。一般来说，如果系统没有特殊和苛刻的性能要求，可以采用JVM的缺省选项。否则可以考虑使用有针对性的垃圾收集器，比如增量收集器就比较适合实时性要求较高的系统之中。系统具有较高的配置，有比较多的闲置资源，可以考虑使用并行标记/清除收集器。

4.关键的也是难把握的问题是内存泄漏。良好的编程习惯和严谨的编程态度永远是最重要的，不要让自己的一个小错误导致内存出现大漏洞。

5.尽早释放无用对象的引用。大多数程序员在使用临时变量的时候，都是让引用变量在退出活动域(scope)后，自动设置为null，暗示垃圾收集器来收集该对象，还必须注意该引用的对象是否被监听，如果有，则要去掉监听器，然后再赋空值。

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