第2 章：垃圾回收器

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李延 LV6 2021-05-17

悬赏：20积分

# 垃圾回收算法

## 可达性分析算法

算法思路：通过一系列的称为"GCRoots"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（ReferenceChain），当一个对象到GCRoots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是从GCRoots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。

## 4种对象引用
1、强引用

如果一个对象具有强引用，它就不会被垃圾回收器回收。即使当前内存空间不足，JVM也不会回收它，而是抛出 OutOfMemoryError 错误，使程序异常终止。如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显式地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象。

```java
String str = "hello";    // 强引用
str = null;              // 取消强引用

```
2、软引用

在使用软引用时，如果内存的空间足够，软引用就能继续被使用，而不会被垃圾回收器回收；只有在内存空间不足时，软引用才会被垃圾回收器回收。

```java
SoftReference<String> softName = new  SoftReference<>("张三");

```

3、弱引用

具有弱引用的对象拥有的生命周期更短暂。因为当 JVM 进行垃圾回收，一旦发现弱引用对象，无论当前内存空间是否充足，都会将弱引用回收。不过由于垃圾回收器是一个优先级较低的线程，所以并不一定能迅速发现弱引用对象。

```java

WeakReference<String> weakName = new WeakReference<String>("hello");
```

4、虚引用

顾名思义，就是形同虚设，如果一个对象仅持有虚引用，那么它相当于没有引用，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。

虚引用必须和引用队列关联使用，当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

```java
ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);

```

## 标记清除算法
首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象

## 复制算法

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。

## 标记整理算法

标记过程仍然与“标记清除”算法一样，但后续步骤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一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

## 分代收集算法

。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。

# 算法实现

## 安全点与安全区域

程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在到达安全点时才能暂停。Safepoint的选定既不能太少以致于让GC等待时间太长，也不能过于频繁以致于过分增大运行时的负荷。所以，安全点的选定基本上是以程序“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定的——因为每条指令执行的时间都非常短暂，程序不太可能因为指令流长度太长这个原因而过长时间运行，“长时间执行”的最明显特征就是指令序列复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等，所以具有这些功能的指令才会产生Safepoint。

主动式中断:GC需要中断线程的时候，不直接对线程操作，仅仅简单地设置一个标志，各个线程执行时主动去轮询这个标志，发现中断标志为真时就自己中断挂起。

安全区域是指在一段代码片段之中，引用关系不会发生变化。在这个区域中的任意地方开始GC都是安全的。我们也可以把SafeRegion看做是被扩展了的Safepoint。

## 垃圾回收器
![image](//cdn.hiboot.cn/486043c5add841aea8222f85064f4db9.png)

### Serial

这个收集器是一个单线程的收集器，它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程

![image](//cdn.hiboot.cn/47384b4bbe2b4e6bb0bb6b5ec1a8e024.png)

### ParNew
ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本

![image](//cdn.hiboot.cn/67374199066a4618be200ced86a9e271.png)

### Parallel Scavenge

ParallelScavenge收集器是一个新生代收集器，它也是使用复制算法的收集器.ParallelScavenge收集器的特点是它的关注点与其他收集器不同，CMS等收集器的关注点是尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间，而ParallelScavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）

### Serial Old
SerialOld是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用“标记整理”算法。这个收集器的主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。

### Parallel Old

ParallelOld是ParallelScavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记整理”算法。

### CMS
concurrent  mark sweep

，CMS收集器是基于“标记—清除”算法实现的，它的运作过程相对于前面几种收集器来说更复杂一些，整个过程分为4个步骤，包括：

初始标记（CMSinitialmark）

并发标记（CMSconcurrentmark）

重新标记（CMSremark）

并发清除（CMSconcurrentsweep）
![image](//cdn.hiboot.cn/b5f3a3efbd0447d5b41dae159f95be97.png)

### G1

后续补充

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