Java 世界里的垃圾回收规则你搞懂了吗？，springboot 输出视频流

1960 年，基于 MIT 的 Lisp 首先提出了垃圾回收的概念，而这时 Java 还没有出世呢！所以实际上 GC 并不是 Java 的专利，GC 的历史远远大于 Java 的历史！

怎么定义垃圾

既然我们要做垃圾回收，首先我们得搞清楚垃圾的定义是什么，哪些内存是需要回收的。

引用计数算法

引用计数算法（Reachability Counting）是通过在对象头中分配一个空间来保存该对象被引用的次数（Reference Count）。如果该对象被其它对象引用，则它的引用计数加 1，如果删除对该对象的引用，那么它的引用计数就减 1，当该对象的引用计数为 0 时，那么该对象就会被回收。

String m = new String("jack");

先创建一个字符串，这时候"jack"有一个引用，就是 m。

然后将 m 设置为 null，这时候"jack"的引用次数就等于 0 了，在引用计数算法中，意味着这块内容就需要被回收了。

m = null;

引用计数算法是将垃圾回收分摊到整个应用程序的运行当中了，而不是在进行垃圾收集时，要挂起整个应用的运行，直到对堆中所有对象的处理都结束。因此，采用引用计数的垃圾收集不属于严格意义上的"Stop-The-World"的垃圾收集机制。

看似很美好，但我们知道 JVM 的垃圾回收就是"Stop-The-World"的，那是什么原因导致我们最终放弃了引用计数算法呢？看下面的例子。

public class ReferenceCountingGC {

public Object instance;

public ReferenceCountingGC(String name){}

}

public static void testGC(){

ReferenceCountingGC a = new ReferenceCountingGC("objA");

ReferenceCountingGC b = new ReferenceCountingGC("objB");

a.instance = b;

b.instance = a;

a = null;

b = null;

}

1. 定义 2 个对象

2. 相互引用

3. 置空各自的声明引用

我们可以看到，最后这 2 个对象已经不可能再被访问了，但由于他们相互引用着对方，导致它们的引用计数永远都不会为 0，通过引用计数算法，也就永远无法通知 GC 收集器回收它们。

可达性分析算法

可达性分析算法（Reachability Analysis）的基本思路是，通过一些被称为引用链（GC Roots）的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径被称为（Reference Chain)，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时（即从 GC Roots 节点到该节点不可达），则证明该对象是不可用的。

通过可达性算法，成功解决了引用计数所无法解决的问题-“循环依赖”，只要你无法与 GC Root 建立直接或间接的连接，系统就会判定你为可回收对象。那这样就引申出了另一个问题，哪些属于 GC Root。

Java 内存区域

在 Java 语言中，可作为 GC Root 的对象包括以下 4 种：

• 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

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象

此时的 s，即为 GC Root，当 s 置空时，localParameter 对象也断掉了与 GC Root 的引用链，将被回收。

public class StackLocalParameter {

public StackLocalParameter(String name){}

}

public static void testGC(){

StackLocalParameter s = new StackLocalParameter("localParameter");

s = null;

}

方法区中类静态属性引用的对象

s 为 GC Root，s 置为 null，经过 GC 后，s 所指向的 proper

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ties 对象由于无法与 GC Root 建立关系被回收。

而 m 作为类的静态属性，也属于 GC Root，parameter 对象依然与 GC root 建立着连接，所以此时 parameter 对象并不会被回收。

public class MethodAreaStaicProperties {

public static MethodAreaStaicProperties m;

public MethodAreaStaicProperties(String name){}

}

public static void testGC(){

MethodAreaStaicProperties s = new MethodAreaStaicProperties("properties");

s.m = new MethodAreaStaicProperties("parameter");

s = null;

}

方法区中常量引用的对象

m 即为方法区中的常量引用，也为 GC Root，s 置为 null 后，final 对象也不会因没有与 GC Root 建立联系而被回收。

public class MethodAreaStaicProperties {

public static final MethodAreaStaicProperties m = MethodAreaStaicProperties("final");

public MethodAreaStaicProperties(String name){}

}

public static void testGC(){

MethodAreaStaicProperties s = new MethodAreaStaicProperties("staticProperties");

s = null;

}

本地方法栈中引用的对象

任何 Native 接口都会使用某种本地方法栈，实现的本地方法接口是使用 C 连接模型的话，那么它的本地方法栈就是 C 栈。当线程调用 Java 方法时，虚拟机会创建一个新的栈帧并压入 Java 栈。然而当它调用的是本地方法时，虚拟机会保持 Java 栈不变，不再在线程的 Java 栈中压入新的帧，虚拟机只是简单地动态连接并直接调用指定的本地方法。

怎么回收垃圾

在确定了哪些垃圾可以被回收后，垃圾收集器要做的事情就是开始进行垃圾回收，但是这里面涉及到一个问题是：如何高效地进行垃圾回收。由于 Java 虚拟机规范并没有对如何实现垃圾收集器做出明确的规定，因此各个厂商的虚拟机可以采用不同的方式来实现垃圾收集器，这里我们讨论几种常见的垃圾收集算法的核心思想。

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标记 — 清除算法

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标记清除算法（Mark-Sweep）是最基础的一种垃圾回收算法，它分为 2 部分，先把内存区域中的这些对象进行标记，哪些属于可回收标记出来，然后把这些垃圾拎出来清理掉。就像上图一样，清理掉的垃圾就变成未使用的内存区域，等待被再次使用。

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这逻辑再清晰不过了，并且也很好操作，但它存在一个很大的问题，那就是内存碎片。

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上图中等方块的假设是 2M，小一些的是 1M，大一些的是 4M。等我们回收完，内存就会切成了很多段。我们知道开辟内存空间时，需要的是连续的内存区域，这时候我们需要一个 2M 的内存区域，其中有 2 个 1M 是没法用的。这样就导致，其实我们本身还有这么多的内存的，但却用不了。

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复制算法

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复制算法（Copying）是在标记清除算法上演化而来，解决标记清除算法的内存碎片问题。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。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。保证了内存的连续可用，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，逻辑清晰，运行高效。

上面的图很清楚，也很明显的暴露了另一个问题，合着我这 140 平的大三房，只能当 70 平米的小两房来使？代价实在太高。

标记整理算法