11 JVM 垃圾回收（上）

引用计数法和可达性分析

垃圾回收，就是将已经分配出去的，但却不在使用的内存回收回来，以便再次分配。在 Java 虚拟机语境下，垃圾指的是死亡的对象所占据的堆空间。下面就总结一下如何如何辨别一个对象是否死亡。

引用计数法：为每一个对象添加一个引用计数器，用来统计指向该对象的引用个数。如果某个对象的引用计数器为 0，则说明该对象已经死亡，便可以被回收了。

通过引用计数法来标记对象的死亡和存活的过程中，我们需要截获所有引用更新操作，并且相应的增减目标对象的引用计数器。这种方式除了需要额外的空间来存储计数器，以及繁琐的更新操作，引用计数法还有一个重大的漏洞：无法处理循环引用对象。比如：对象 A，B 互相引用，但是除此之外没有其他引用指向 A 或者 B。这种情况下 A，B 其实已经死亡，但是因为存在引用，所以不会被垃圾回收，造成内存泄露。

可达性分析：将一系列 GC Roots 作为初始存活对象集合，然后从该集合出发，探索所有能够被该集合引用的对象，并将其加入到该集合中，这个过程就是标记。标记的对象就是存活对象，未标记到的就是死亡的对象。

什么是 GC Roots 呢？可以暂时理解为由堆外指向堆内的引用，常见的有以下几种：
1：Java 方法栈帧中的局部变量
2：已加载的类的静态变量
3：JNI handles
4：已启动且未停止的 Java 线程

可达性分析解决了引用计数法无法检测循环引用的问题，但是本身也有自己的问题需要解决。比如在多线程环境下，其他线程可能会更新已经访问过的对象中的引用，从而造成误报（将引用设置为 null）或者漏报（将引用设置为未被访问过的对象）。

误报：导致新产生的垃圾对象未被回收。
漏报：导致原程序访问已经被回收的对象，可能导致 Java 虚拟机直接崩溃。

Stop-the-world 以及安全点

为了解决上述问题，在 Java 虚拟机里，采用 Stop-the-world 方式，停止其他非垃圾回收线程的工作，直到完成垃圾回收。这也造就了垃圾回收所谓的暂停时间 GC pause。

Java 虚拟机中的 Stop-the-world 是通过安全点（safepoint）机制来实现的。当 Java 虚拟机收到 Stop-the-world 请求时，它便会等待所有的线程到达安全点，才允许请求 Stop-the-world 的线程进行独占的工作。

安全点的作用不是让线程停下，而是找到让线程找到一个稳定的执行状态。在这个状态下，Java 虚拟机的堆栈不会发生变化。这样，垃圾回收期便能够安全地执行可行性分析。

垃圾回收的三种方式

第一种：清除。
把死亡对象所占据的内存标记为空闲内存，并记录在一个空闲列表中。当需要创建对象时，内存管理块便会从该空闲列表中寻找空闲内存，并划分给新建对象。

这种方式简单明了，但是却有两个缺点。第一：造成内存碎片。由于 Java 虚拟机的堆中对象必须是连续分布的，因此可能出现总空闲内存足够，但是无法分配的极端情况。第二：分配效率低。如果是连续的内存空间，可以通过指针加法来做分配。而对于这种空闲列表，Java 虚拟机则需要住个访问列表中的项，来查找能够存放入新建对象的空闲内存。

第二种：压缩。
把存活的对象聚集到内存区域的起始位置，从而留下一段连续的内存空间。这种做法解决了内存碎片化的问题，但是代价却是压缩算法的性能开销。

第三种：复制。
内存区域分为两等分，分别用两个指针 from 和 to 来维护，并且只是用 from 指针指向的内存区域来分配内存。当发生垃圾回收时，把存活的对象复制到 to 指针指向的内存区域，并且交换 from 指针和 to 指针的内容。这种方法同样解决了内存碎片化的问题，但是堆空间的使用效率及其地下，只用到了一半。

问答

Q：可达性分析a与b互为引用，这不是死循环了吗，为什么能被回收的

因为可达性分析只标记可达的，如果a和b都不可达，那么可达性分析标记不到，就当成垃圾回收了。

Q：对于为什么需要stw机制的解释还是有的困惑。假如一个对象已经被标记为垃圾了，其它线程怎么还会有机会引用它呢？就算通过stw，把它标记并回收了，那想引用它的线程重新恢复执行了会发生什么？

GC标记的是活着的(能够被引用到的)对象，剩下的是垃圾。如果没有STW，其他线程在垃圾回收过程中产生了垃圾(某对象不再被引用)，那么会被漏掉。

总结

本文创作灵感来源于极客时间郑雨迪老师的《深入拆解 Java 虚拟机》课程，通过课后反思以及借鉴各位学友的发言总结，现整理出自己的知识架构，以便日后温故知新，查漏补缺。

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