JVM垃圾回收的原理是什么

這期內容當中小編將會給大家帶來有關JVM垃圾回收的原理是什么，文章內容豐富且以專業的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

概述

Java運行時區域中，程序計數器，虛擬機棧，本地方法棧三個區域隨著線程的而生，隨線程而死，這幾個區域的內存分配和回收都具備確定性，不需要過多考慮回收問題。而Java堆和方法區則不一樣，一個接口的多個實現類需要的內存不一樣，一個方法的多個分支需要的內存可能也不一眼，我們只有在運行期，才能知道會創建的對象，這部分的內存分配和回收，是垃圾回收器所關注的。垃圾回收器需要完成三個問題：那些內存需要回收；什么時候回收以及如何回收。

那些垃圾需要回收

垃圾回收的基本思想是考察一個對象的可達性，即從根節點開始是否可以訪問到這個對象，如果可以，則說明對象正在被使用，相反如果從根節點無法訪問到這個對象，說明對象已經不再使用了，一般來說此對象就是需要被回收的。這個算法為根搜索算法。

可達性分析

但是實際中，一個不可達的對象有可能在某種條件下“復活”自己，那么對它的回收就是不合理的。為此給出一個對象可達性狀態的定義，并規定了在什么狀態下可以安全的回收對象。可達性對象包含了以下三種狀態。

可達的：從根節點開始，按照引用節點，可以搜索到這個對象

可復活的：對象的所有引用都被釋放，但是對象可能在finalize()方法中復活自己。

不可達的：對象的finalize()方法被調用，并且沒有復活，那么就進入不可達狀態。不可達的對象不可能會被“復活”，因為finalize()方法只能調用一次。

/**
 * 
 * <p>Description: 1.對象被GC時，可以通過finalize拯救 2.finalize只被調用一次 </p> 
 * @date 2019年8月25日 
 * @version 1.0
 */
public class FinalizeTest {

  private static FinalizeTest currentObj;

  @Override
  protected void finalize() throws Throwable {
    super.finalize();
    System.out.println("finalize invoke");
    //重新引用
    currentObj = this;
  }

  public void alive() {
    System.out.println("live");
  }

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    currentObj = new FinalizeTest();

    currentObj = null;
    System.gc();
    //finalize優先級地，先等待
    Thread.sleep(500);
    if(currentObj == null) {
      System.out.println("dead");
    }else {
      currentObj.alive();
    }

    currentObj = null;
    System.gc();
    //finalize優先級地，先等待
    Thread.sleep(500);
    if(currentObj == null) {
      System.out.println("dead");
    }else {
      currentObj.alive();
    }
  }
}

上面代碼有一處一樣的斷碼片段，但是得到的結果卻并不相同，一次對象“拯救復活”成功，另一次失敗，那么就可以被正常回收。

可以作為GC Roots包括下面幾種：

• 虛擬機棧（棧幀中的本地表量表）中引用的對象

• 方法區中類靜態屬性引用的對象

• 方法區中常量引用的對象

• 本地方法棧中JNI引用（即一般Native的方法）的對象

四種引用類型

在JDK1.2之后對引用進行了擴充，分為強引用，軟引用，弱引用，虛引用4種，這四種強度一次減弱。通過對引用的擴充，可以依據內存的使用來描述這樣的對象：當內存足夠，則保留內存中；如果內存空間進行垃圾回收后還是很緊張，則可以拋棄這類對象。很多系統的緩存功能符合這樣的應用場景。

強引用

在Java中最常見的就是強引用， 把一個對象賦給一個引用變量，這個引用變量就是一個強引用。當一個對象被強引用變量引用時，它處于可達狀態，它是不可能被垃圾回收機制回收的，即使該對象以后永遠都不會被用到JVM也不會回收。因此強引用是造成Java內存泄漏的主要原因之一。

軟引用

軟引用需要用SoftReference類來實現，對于只有軟引用的對象來說，當系統內存足夠時它不會被回收，當系統內存空間不足時它會被回收。軟引用通常用在對內存敏感的程序中。

弱引用

弱引用需要用WeakReference類來實現，它比軟引用的生存期更短，對于只有弱引用的對象來說，只要垃圾回收機制一運行，不管 JVM 的內存空間是否足夠，總會回收該對象占用的內存。

虛引用

虛引用需要PhantomReference類來實現，它不能單獨使用，必須和引用隊列聯合使用。 虛引用的主要作用是跟蹤對象被垃圾回收的狀態。

什時候回收

按HotSpot VM的serial GC的實現來看觸發條件主要分為以下幾種：

• young GC：當young gen中的eden區分配滿的時候觸發。注意young GC中有部分存活對象會晉升到old gen，所以young GC后old gen的占用量通常會有所升高。

• full GC：當準備要觸發一次young GC時，如果發現統計數據說之前young GC的平均晉升大小比目前old gen剩余的空間大，則不會觸發young GC而是轉為觸發full GC（因為HotSpot VM的GC里，除了CMS的concurrent collection之外，其它能收集old gen的GC都會同時收集整個GC堆，包括young gen，所以不需要事先觸發一次單獨的young GC）；或者，如果有perm gen的話，要在perm gen分配空間但已經沒有足夠空間時，也要觸發一次full GC；或者System.gc()、heap dump帶GC，默認也是觸發full GC。

HotSpot VM里其它非并發GC的觸發條件復雜一些，不過大致的原理與上面說的其實一樣。并發GC的觸發條件就不太一樣。以CMS GC為例，它主要是定時去檢查old gen的使用量，當使用量超過了觸發比例就會啟動一次CMS GC，對old gen做并發收集。

如何回收

如何回收主要就涉及到垃圾回收的算法了。下面介紹幾種垃圾回收算法的思想。

標記清除法(Mark-Sweep)

標記清除算法是現代垃圾回收算法的思想基礎。它主要分為兩個階段：標記階段和清除階段。在標記階段，首先通過根節點，標記所有從根節點開始的可達隊對象，因此未被標記的對象就是未被引用的垃圾對象。然后在清除階段，清除所有的未被標記的對象。

標記清除算法的不足有：效率的問題和標記清除后產生的大量不連續的內存碎片。而內存碎片太多可能會導致在分配大對象時，無法找到連續的內存而不得不提前觸發另外一次垃圾回收。

復制算法(Coping)

復制算法的核心思想是：將原有的內存空間分為兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時，將正在使用的內存中存活對象復制到未使用的內存塊中，之后清除正在使用的內存塊中的所有對象，交換兩個內存的角色，完成垃圾回收。

如果系統中的待回收的對象很多，復制算法需要復制的存活對象就會相對較少，真正的垃圾回收時刻，復制算法的效率就會很高。而且對象是在垃圾回收過程中的，統一復制到新的內存空間，再清除原來使用的內存，因此可以確保回收后的內存空間是沒有碎片的。但是另一方面，復制算法的代價是需要使用更多的內存空間。

復制算法比較適用于新生代。因為新生代垃圾對象通常多余存活對象，復制算法的效率會比較高。

標記整理算法(Mark Compact)

在老年代，大部分的對象都是存活對象。如果依然用復制算法，由于存活的對象多，復制的成本也將提高。因此基于老年代的垃圾回收特性，需要使用其他的算法。標記整理算法是一種老年代的回收算法。它在標記算法的基礎上做了一些優化。和標記清除算法一樣，它也是從更節點開始，但是并不是清除未標記的對象，而是將存活的對象壓縮到內存的一邊，之后清除邊界外所有空間。這種方法避免了碎片的產生，又不需要過多的內存空間，因此性價比比較高。

標記整理法的最終效果等同于標記清除算法執行完成后，再進行一次內存碎片的整理，因此也可以把它稱為標記清除整理(MarkSweepComact)。

分代算法(Generational Collecting)

分代算法是根據對象存活周期不同將內存化為幾塊。一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據各個年代的特點采用最合適的收集算法。新生代中的特點是對象朝生夕死，大約90%的新建對象會被回收，因此新生代適合復制算法。當一個對象經過幾次回收后依然存活，對象就會被放入老年代的內存空間。在老年代中可以認為對象在一段時間內，甚至在程序的整個生命周期，是常駐內存的，可以對老年代使用標記清除和標記整理算法。

對于新生代和老年代來說，通常新生代的回收頻率很高，但是每次回收的耗時都很短，而老年代回收的頻率比較低，但是會消耗更多的時間。

分區算法(Region)

一般來說，相同條件下，堆空間越大，一次GC所需要的事件越長，從而產生的停頓也越長。為了更好的靠之停頓時間，將一塊大的內存區域分割成多個大小形同的小區域，依據目標的停頓時間，每次回收若干個小區間，而不是整個堆空間，從而減少一次GC所產生的停頓。分區算法是將整個堆空間劃分為連續的不同小區間。每個小區間獨立使用，獨立回收。

上述就是小編為大家分享的JVM垃圾回收的原理是什么了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。