客观地说,引用计数算法(Reference Counting)虽然占用了一些额外的内存空间来进行计数,但它的原理简单,判定效率也很高,在大多数情况下它都是一个不错的算法。也有一些比较著名的应用案例,例如微软COM(Component Object Model)技术、使用ActionScript 3的FlashPlayer、Python语言以及在游戏脚本领域得到许多应用的Squirrel中都使用了引用计数算法进行内存管理。
但是,在Java 领域,至少主流的Java虚拟机里面都没有选用引用计数算法来管理内存,主要原因是,这个看似简单的算法有很多例外情况要考虑,例如在处理处理一些相互依赖、循环引用时非常复杂。
4.1.2、可达性分析算法当前主流的商用程序语言(Java、C#,上溯至前面提到的古老的Lisp)的内存管理子系统,都是通过可达性分析(Reachability Analysis)算法来判定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列称为“GC Roots”的根对象作为起始节点集,从这些节点开始,根据引用关系向下搜索,搜索过程所走过的路径称为“引用链”(Reference Chain),如果某个对象到GC Roots间没有任何引用链相连, 或者用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达时,则证明此对象是不可能再被使用的。
GC Roots 包括;
全局性引用,对方法区的静态对象、常量对象的引用
执行上下文,对 Java 方法栈帧中的局部对象引用、对 JNI handles 对象引用
已启动且未停止的 Java 线程
4.1.3、引用无论是通过引用计数算法判断对象的引用数量,还是通过可达性分析算法判断对象是否引用链可达,判定对象是否存活都和“引用”离不开关系。
Java的引用分为四种:强引用(Strongly Re-ference)、软引用(Soft Reference)、弱引用(Weak Reference)和虚引用(Phantom Reference)。
强引用是最传统的“引用”的定义,是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值,即类似“Object obj=new Object()”这种引用关系。无论任何情况下,只要强引用关系还存在,垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
软引用是用来描述一些还有用,但非必须的对象。只被软引用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常前,会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收,如果这次回收还没有足够的内存, 才会抛出内存溢出异常。Java提供提供了SoftReference类来实现软引用。
弱引用也是用来描述那些非必须对象,但是它的强度比软引用更弱一些,被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。当垃圾收集器开始工作,无论当前内存是否足够,都会回收掉只被弱引用关联的对象。Java提供了WeakReference类来实现弱引用。
虚引用也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”,它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的 存在,完全不会对其生存时间构成影响,也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的只是为了能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。Java提供了PhantomReference类来实现虚引用。
4.2、垃圾收集算法 4.2.1、标记-清除算法最早出现也是最基础的垃圾收集算法是“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,也可以反过来,标记存活的对象,统一回
收所有未被标记的对象。标记过程就是对象是否属于垃圾的判定过程。
后续的收集算法大多都是以标记-清除算法为基础,对其缺点进行改进而得到的。
它的主要缺点有两个:
第一个是执行效率不稳定,如果Java堆中包含大量对象,而且其中大部分是需要被回收的,这时必须进行大量标记和清除的动作,导致标记和清除两个过
程的执行效率都随对象数量增长而降低;
第二个是内存空间的碎片化问题,标记、清除之后会产生大量不连续的内存碎片,空间碎片太多可能会导致当以后在程序运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。
标记-清除算法的执行过程如图:
4.2.2、标记-复制算法标记-复制算法常被简称为复制算法。为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题。