垃圾回收基础

1.判断垃圾是否可被回收
- 1.1.引用计数法
- 1.2.可达性分析算法
2.五种引用
- 2.1.强引用
- 2.2.软引用
- - 2.2.1.软引用介绍
  - 2.2.2.软引用应用
- 2.3.弱引用
- 2.4.虚引用
- 2.5.终结器引用
- 2.6.引用队列
- 2.7.总结
3.垃圾回收算法
- 3.1.标记清除算法
- 3.2.标记整理
- 3.3.复制
- 3.4.小结

1.判断垃圾是否可被回收

1.1.引用计数法

只要一个对象被其它对象所引用，那么我们就让这个对象的计数加1，如果被引用了两次，计数就变为2.如果某个对象不再引用它了，就让它的计数减1。
当某个对象的引用计数变为0的时候，意味着没有人引用它，那么它就可以做垃圾回收。
弊端：循环引用时，两个对象的计数都为1，导致两个对象都无法被释放

Java虚拟机一般采用可达性分析算法

1.2.可达性分析算法

JVM中的垃圾回收器通过可达性分析来探索所有存活的对象
GC Root根对象指的是肯定不会被垃圾回收的对象。
扫描堆中的对象，看能否沿着GC Root对象为起点的引用链找到该对象(根对象)，如果找不到，则表示可以回收
即判断每一个对象是否会被根对象直接或间接的引用，如果是，那么这个对象就不能被回收，如果没有，那么这个对象就会被垃圾回收。例如，葡萄串。

可以作为GC Root的对象
虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。　
方法区中类静态属性引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象
比如系统类。即核心类（System,Object,String,HashMap）都可以作为GC Root类。synchronized加锁的对象。调用Native方法的对象。活动线程不能当垃圾。线程栈帧内所引用的对象。如下面代码中的ArrayList

public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {List<Object> list1 = new ArrayList<>();list1.add("a");list1.add("b");System.out.println(1);System.in.read();list1 = null;System.out.println(2);System.in.read();System.out.println("end...");}

2.五种引用

2.1.强引用

我们平时在用的所有引用基本都属于强引用，比如new对象，通过赋值运算符赋值给了一个变量，这个变量就强引用了这个对象。
只要沿着GC Root的引用链找到它，那么它就不会被垃圾回收
只有GC Root都不引用该对象时，才会回收强引用对象
如上图B、C对象都不引用A1对象时，A1对象才会被回收

2.2.软引用

2.2.1.软引用介绍

当GC Root指向软引用对象时，在内存不足时，会回收软引用所引用的对象
如果B对象直接引用A2对象，则不会被回收。只要没有强引用引用它，即边有软引用，就可能会被回收。
如上图如果B对象不再引用A2对象且内存不足时，软引用所引用的A2对象就会被回收

软弱引用还会配合引用队列来工作，当软引用对象被回收掉了以后，软引用自身也是一个对象，如果在创建时给它分配了一个引用队列，那它所引用的对象被回收时，软引用就会进入这个队列，弱引用也是类似。如果想对它们所占用的内存进一步释放，需要使用引用队列来找到它们来做进一步的处理。

2.2.2.软引用应用

/*** 演示软引用* -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc     //堆内存大小事先设置了20M*/
public class Demo2_3 {private static final int _4MB = 4 * 1024 * 1024;public static void main(String[] args) throws IOException {//如果使用下面代码，不调用soft()函数，最终会报Java.lang.OutOfMemoryError:java heap space错误，堆内存不足。/*List<byte[]> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 5; i++) {list.add(new byte[_4MB]);}System.in.read();*/          soft();}//下面使用软引用。public static void soft() {// list --> SoftReference --> byte[]//list引用了软引用对象，软引用对象引用了byte数组List<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();for (int i = 0; i < 5; i++) {SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB]);System.out.println(ref.get());list.add(ref);System.out.println(list.size());}System.out.println("循环结束：" + list.size());for (SoftReference<byte[]> ref : list) {System.out.println(ref.get());}}
}

如图，当使用soft()函数时，它并没有引起内存溢出，我们可以看到在循环中获得byte数组的内存地址是可以的，但是最后再循环一遍，再次去取的时候，只有最后一个被保留下来了。上面对象被清理了，但是引用没有被清理，引用已经没有意义了。
如果在垃圾回收时发现内存不足，在回收软引用所指向的对象时，软引用本身不会被清理
如果想要清理软引用，需要使用引用队列

public class Demo1 {public static void main(String[] args) {final int _4M = 4*1024*1024;//使用引用队列，用于移除引用为空的软引用对象ReferenceQueue<byte[]> queue = new ReferenceQueue<>();//使用软引用对象 list和SoftReference是强引用，而SoftReference和byte数组则是软引用List<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();SoftReference<byte[]> ref= new SoftReference<>(new byte[_4M]);//遍历引用队列，如果有元素，则移除Reference<? extends byte[]> poll = queue.poll();while(poll != null) {//引用队列不为空，则从集合中移除该元素list.remove(poll);//移动到引用队列中的下一个元素poll = queue.poll();}}
}

2.3.弱引用

只有弱引用引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用所引用的对象

如上图如果B对象不再引用A3对象，则A3对象会被回收
弱引用的使用和软引用类似，只是将 SoftReference 换为了 WeakReference

2.4.虚引用

当虚引用对象所引用的对象被回收以后，虚引用对象就会被放入引用队列中，调用虚引用的方法

虚引用的一个体现是释放直接内存所分配的内存，当引用的对象ByteBuffer被垃圾回收以后，由于它所分配的直接内存并不能被Java垃圾回收所管理，虚引用对象Cleaner就会被放入引用队列中，虚引用所在的引用队列会由一个叫做ReferenceHandler的线程来定时的去引用队列中找，如果有，然后调用Cleaner的clean方法来释放直接内存。clean方法会根据前面记录的直接内存的地址调用Unsafe对象的freeMemory来释放掉直接内存。
如上图，B对象不再引用ByteBuffer对象，ByteBuffer就会被回收。但是直接内存中的内存还未被回收。这时需要将虚引用对象Cleaner放入引用队列中，然后调用它的clean方法来释放直接内存

2.5.终结器引用

所有的类都继承自Object类，Object类有一个finalize方法。当某个对象重写了finalize方法，不再被其他的对象所引用时，此时可以被当成垃圾进行回收，会先将终结器引用对象放入引用队列中，然后根据终结器引用对象找到它所引用的对象，然后调用该对象的finalize方法。调用以后，该对象就可以被垃圾回收了

如上图，B对象不再引用A4对象。这是终结器对象就会被放入引用队列中，引用队列会根据它，找到它所引用的对象。然后调用被引用对象的finalize方法。调用以后，该对象就可以被垃圾回收了。

2.6.引用队列

软引用和弱引用可以配合引用队列

在弱引用和虚引用所引用的对象被回收以后，会将这些引用放入引用队列中，方便一起回收这些软/弱引用对象

虚引用和终结器引用必须配合引用队列

虚引用和终结器引用在使用时会关联一个引用队列

2.7.总结

强引用
只有所有 GC Roots 对象都不通过【强引用】引用该对象，该对象才能被垃圾回收
软引用（SoftReference）
仅有软引用引用该对象时，在垃圾回收后，内存仍不足时会再次出发垃圾回收，回收软引用对象可以配合引用队列来释放软引用自身
弱引用（WeakReference）
仅有弱引用引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用对象可以配合引用队列来释放弱引用自身
虚引用（PhantomReference）
必须配合引用队列使用，主要配合 ByteBuﬀer 使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法释放直接内存
终结器引用（FinalReference）
无需手动编码，但其内部配合引用队列使用，在垃圾回收时，终结器引用入队（被引用对象暂时没有被回收），再由 Finalizer 线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的 ﬁnalize 方法，第二次 GC 时才能回收被引用对象

3.垃圾回收算法

3.1.标记清除算法

定义：标记清除算法顾名思义，是指在虚拟机执行垃圾回收的过程中，先采用标记算法确定可回收对象，然后垃圾收集器根据标识清除相应的内容，给堆内存腾出相应的空间

这里的腾出内存空间并不是将内存空间的字节清0，而是记录下这段内存的起始结束地址，下次分配内存的时候，会直接覆盖这段内存

优点：速度快
缺点：容易产生大量的内存碎片，可能无法满足大对象的内存分配，一旦导致无法分配对象，那就会导致jvm启动gc，一旦启动gc，我们的应用程序就会暂停，这就导致应用的响应速度变慢

说明：我们之前曾经探讨过如何判断一个对象是垃圾，我们是沿着GC Root的引用链去找，扫描整个堆对象的过程中，如果发现对象却是被引用了，就保留，有一个对象没有GC Root引用它，那么就可以当成是垃圾。标记清除算法分为两个阶段，第一阶段标记，第二阶段做清除。把垃圾对象所占用的空间做释放。

3.2.标记整理

标记-整理会将不被GC Root引用的对象回收，清楚其占用的内存空间。然后整理剩余的对象。
可以有效避免因内存碎片而导致的问题，但是因为整体需要消耗一定的时间，所以效率较低

3.3.复制

将内存分为等大小的两个区域，FROM和TO（TO中为空）。先将被GC Root引用的对象从FROM放入TO中，此时FROM区就全部都是垃圾了，再回收不被GC Root引用的对象。此时然后交换FROM和TO。
这样也可以避免内存碎片的问题，但是会占用双倍的内存空间。

3.4.小结

这三种算法各有优劣，实际在JVM的垃圾回收机制中，都会根据不同的情况来采用，它会结合三种算法共同实现垃圾回收。

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