JVM读书笔记之垃圾收集与内存分配

  说起垃圾收集( Garbage Collection , GC ) ,大部分人都把这项技术当做 Java 语言的伴生产物。事实上, GC 的历史远远比 Java 久远,1960 年诞生于 MIT 的 Lisp 是第一门真正使用内存动态分配和垃圾收集技术的语言。当 Lisp 还在胚胎时期时,人们就在思考 GC 需要完成的三件事情:

哪些内存需要回收?

什么时候回收?

如何回收?

  经过半个世纪的发展,内存的动态分配与内存回收技术已经相当成熟,一切看起来都进入了“自动化”时代,那为什么我们还要去了解 GC 和内存分配呢?答案很简单:当需要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时,当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时,我们就需要对这些“自动化”的技术实施必要的监控和调节。

2 对象已死?

  堆中几乎存放着 Java 世界中所有的对象实例,垃圾收集器在对堆进行回收前,第一件事情就是要确定这些对象有哪些还“存活”着,哪些已经“死去”(即不可能再被任何途径使用的对象)。

2.1 引用计数算法

  引用计数算法的基本思路是:给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值就加 l ;当引用失效时,计数器值就减 1 ;任何时刻计数器都为 0 的对象就是不可能再被使用的。

  客观地说,引用计数算法( Reference Counting )的实现简单,判定效率也很高,在大部分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,例如微软的 COM ( Component object Model )技术、使用 Actionscript3 的 FlashPlayer 、 Python 语言以及在游戏脚本领域中被广泛应用的 Squirrel 中都使用了引用计数算法进行内存管理。但是, Java 语言中没有选用引用计数算法来管理内存,其中最主要的原因是它很难解决对象之间的相互循环引用的问题

2.2 根搜索算法

  在主流的商用程序语言中( Java 和 C # ,甚至包括前面提到的古老的 Lisp ) ,都是使用根搜索算法( GC Roots Tracing )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( Reference Chain ) ,当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连(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用的.如下图所示,对象 objects5 、object6 、object7 虽然互相有关联,但是它们到 GC Roots 是不可达的,所以它们将会被判定为是可回收的对象。

根搜索算法判定对象是否可回收

在 Java 语言里,可作为 GC Roots 的对象包括下面几种:

虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中的引用的对象。

方法区中的类静态属性引用的对象。

方法区中的常量引用的对象。

本地方法栈中JNI(即一般说的 Native 方法)的引用的对象。

2.3 再谈引用

  在JDK1.2之后,Java对引用的概念进行了扩充,将引用分为强引用(Strong Reference)、软引用(Soft Reference)、弱引用(Weak Reference)、虚引用(Phantom Reference)四种,这四种引用强度依次逐渐减弱。

  强引用就是指在程序代码之中普遍存在的,类似"Object obj = new Object()"这类的引用,只要强引用还存在,垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

  软引用用来描述一些还有用,但并非必需的对象。对于软引用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常之前,将会把这些对象列进回收范围之中并进行第二次回收。如果这次回收还是没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。在 JDK 1 . 2 之后,提供了SoftReference 类来实现软引用。

  弱引用也是用来描述非必需对象的,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之前。当垃圾收集器工作时,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。在 JDK 1 . 2 之后,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就是希望能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在 JDK 1 . 2 之后,提供了 PhantomReference 类来实现虚引用。

2.4生存还是死亡

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