【架构师训练营 1 期】第九周作业

作业一：请简述 JVM 垃圾回收原理。

（通过课程学习理解 + 网上资料查阅与整理）

引申知识

Java 中的四种引用：强引用（平时用的最多）、软引用、弱引用、虚引用。

强引用

我们一般声明对象时虚拟机生成的引用，强引用环境下，垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用，如果被强引用，就说明他不是垃圾，则不会被垃圾回收。（即只要强引用存在，垃圾回收器将永远不会回收被引用的对象，哪怕内存不足时 JVM 也会直接抛出 OutOfMemoryError，不会去回收这些对象）

软引用

软引用一般被做为缓存来使用。与强引用的区别是，软引用在垃圾回收时，虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。如果剩余内存比较紧张，则虚拟机会回收软引用所引用的空间；如果剩余内存相对富裕，则不会进行回收。换句话说，虚拟机在发生 OutOfMemory 时，肯定是没有软引用存在的。

弱引用

弱引用与软引用类似，都是作为缓存来使用。但与软引用不同，弱引用在进行垃圾回收时，是一定会被回收掉的，因此其生命周期只存在于一个垃圾回收周期内。换句话说，弱引用的引用强度比软引用要更弱一些，无论内存是否足够，只要 JVM 开始进行垃圾回收，那些被弱引用关联的对象都会被回收。

虚引用

虚引用是最弱的一种引用关系，如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，它随时可能会被回收。在 JDK1.2 之后，用 PhantomReference 类来表示，通过查看这个类的源码，发现它只有一个构造函数和一个 get()方法，而且它的 get()方法仅仅是返回一个 null，也就是说将永远无法通过虚引用来获取对象，虚引用必须要和 ReferenceQueue 引用队列一起使用。

所以，这四种引用具有不同的垃圾回收时机，引用的强度从强、软、弱、虚依次递减，越往后的引用所引用的对象越容易被垃圾回收。

JVM 内存结构

由虚拟机栈、堆、本地方法栈、方法区、程序计数器组成

方法区：

方法区中主要存储了 Java 代码中的类加载的相关信息，比如类的名称、修饰符、构造器、静态方法、定义为 final 的常量、勒种的方法信息。这是一个面向全局线程共享的区域。

虚拟机栈：

这一区域主要存放了大量的线程相关信息，它是随着虚拟机线程的诞生而诞生的，所以它是独属于线程私有的一块区域，其中存放了 Java 八大基本类型的变量，还有一些局部变量，也就是方法内部的变量。

本地方法栈：

这里存放了 Java 代码中调用的本地方法的信息，主要用于 native 方法。

堆：

堆是 JVM 里很重要的一个区域，也是跟方法区一样属于全部线程都可以共享访问的一个区域，在堆中存储了大量的 Java 对象信息，但凡是 new 出来的对象都存放在这里，并且可以通过 jvm 提供的-Xmx 和-Xms 来调节堆的大小。其中-Xmx 是堆的最大值是多少，-Xms 是堆的最小内存，如果两者一致，则这个 Jvm 的堆大小就不能弹性伸缩（堆内部也划分除了多个区域，分别是新生代、老年代以及持久代。这其中新生代又分为 Eden 和 Survivor01、Survivor02 等）。

新生代中存储了所有新创建的对象，一个新对象创建 OK 首先是存放在 Eden 区域的，当 Eden 区域快要被填满时，就会自动触发 Jvm 的 GC 机制，GC 会回收一些空闲的对象，再将幸存下来的其他对象转移到 Survivor01 中去，同样，如果 01 也满了再次对 01 这一区域进行 GC 回收，将幸存者放入 Survivor02 区域中去。一旦在 Survivor02 中历经磨难多次存活超过 15 次，就会将其转移至老年代中去。至于持久代中，则主要存储一些常量池、方法区等数据。

相关参数如下：

-Xmx: 最大堆内存,如：-Xmx512m-Xms: 初始时堆内存,如：-Xms256m
-XX:MaxNewSize: 最大年轻区内存
-XX:NewSize: 初始时年轻区内存.通常为 Xmx 的 1/3 或 1/4。新生代 = Eden + 2 个 Survivor 空间。实际可用空间为 = Eden + 1 个 Survivor，即 90%
-XX:MaxPermSize: 最大持久带内存
-XX:PermSize: 初始时持久带内存
-XX:+PrintGCDetails 打印 GC 信息
 -XX:NewRatio 新生代与老年代的比例，如 –XX:NewRatio=2，则新生代占整个堆空间的1/3，老年代占2/3
-XX:SurvivorRatio 新生代中 Eden 与 Survivor 的比值。默认值为 8。即 Eden 占新生代空间的 8/10，另外两个 Survivor 各占 1/10

垃圾识别机制

一、引用计数法

最容易想到的一种方法就是引用计数法。引用计数器算法是给每个对象设置一个计数器，当有地方引用这个对象的时候，计数器+1，当引用失效的时候，计数器-1，当计数器为 0 的时候，JVM 就认为对象不再被使用，是垃圾了。

引用计数器实现简单，效率高，但是不能解决循环引用的问题（A 对象引用 B 对象，B 对象又引用 A 对象，但是 A 和 B 对象已不被任何其他对象引用），同时每次计数器的增加和减少都带来了额外的开销，所以在 JDK1.1 之后，这个算法已经弃用。

二、可达性算法

一种听起来比较新颖的方法，也被称为根搜索算法。根搜索算法是通过一些“GCRoots”对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，搜索通过的路径成为引用链（ReferenceChain），当一个对象没有被 GCRoots 的引用链连接的时候，说明这个对象是垃圾，应该被回收。

垃圾回收算法

一、标记清除算法

标记清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。标记清除算法将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。标记阶段就是上面讲过的垃圾识别机制，会将有用的对象进行标记。因此，未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象，然后，在清除阶段，清除所有未被标记的对象。

（缺点：标记清除算法使用后，内存中会出现很多的碎片。如果这样的碎片很多，则会导致内存的利用率急剧下降）

二、标记整理算法

标记整理算法类似与标记清除算法，这种算法可以解决碎片问题。原理在于，它标记完对象后，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内存的一端移动覆盖，然后直接清理掉边界以外的内存。

（缺点：虽然该方法可以完美的解决碎片问题，但是移动对象必然导致效率的降低，尤其是对象存活率较高的时候这个效率问题会更加明显）

三、复制算法

复制算法可以解决效率问题，它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块，当这一块内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已经使用过的内存空间一次清理掉，这样使得每次都是对整个半区进行内存回收。

（缺点：虽部分解决了效率问题，但是这种方法会浪费一半的内存空间）

四、分代回收算法

当前商业虚拟机都是采用分代收集算法，它根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，然后根据各个年代的特点采用最适当的收集算法，在新生代中，每次垃圾收集都发现有大批对象死去，只有少量存活，就选用复制算法。而老年代因为对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，就使用“标记清理”或者“标记整理”算法来进行回收。