Java基础：GC机制

　　上一节，简单的介绍了java当中的内存模型，那么经常和内存模型一起提到的JAVA垃圾回收机制当然也需要在这里一并的总结一下。

　　所谓是垃圾回收机制，用通俗的话来说，就是将那些没有被任何变量引用的实例对象自动的进行垃圾回收，重新释放出可用的内存，以供之后使用的方法。在java当中垃圾回收机制几乎是程序员不可编程的，但是也正因为程序员不可编程，也可以说是不需要编程，所以java相比C++来在这一点来说，人性化的很多，因为C++当中需要在实例化一个对象之后，当这个对象不再被需要的时候，手动调用析构函数对无用实例进行回收，而java当中有一个完整的垃圾回收机制对这些对象进行回收，编程人员无需关注这些不再被引用的实例何时回收，对于编程人员来说，可以把精力更加的注重于逻辑上的业务开发。

　　那么问题来了，java当中，如何实现对不再被引用（有的说法叫不被其他任何对象持有）的实例进行回收的呢？接下来才是我们要介绍的重头戏。

　　首先我们要先介绍几种常规的垃圾回收机制的算法（非java使用的垃圾回收机制的算法）：

1.引用计数算法

　　该算法的大概思路就是每一个实例对象都计算指向它的指针数量（在java当中是引用变量指向它的数量），当有一个指针（或者引用变量）指向自己的时候，计数值+1，反之，当指向自己的指针删除（或引用变量不再指向自己的时候）计数值-1，当计数值为0的时候，说明该对象已经不存在指向的指针（或者指向它的引用变量，它不再被持有），所以就可以把它安全的回收。

算法优点：算法简单，并且回收没有延迟。

算法缺点：1）需要存储计数器，增加了存储空间的开销、2）需要更新计数器，增加了时间开销、3）无法处理环形引用的问题。

2.标记-清除算法

　　该算法的主要思路是对于所有或者的实例对象，进行一次全局的遍历来确定哪些实例是可以被回收的、哪些实例是还被持有的、遍历的过程如下：从根出发，找到所有可达的实例，对这些可达的实例进行标记，然后剩下的没有被标记的实例，则是可以被清除的，然后将这些实例进行回收。

算法优点：1）很自然的解决了环形引用的问题。2）不需要提供额外的计数器的开销。

算法缺点：1）该算法在垃圾回收器运行的过程中、应用程序（stop-to-world）必须停止。2）需要遍历所有的存活对象，会造成一定的开销。3）在清除阶段，清除垃圾对象后会造成大量的内存碎片（你想问为什么会造成碎片？其实很简单，看下图就知道了。）

3.标记-清除-复制

　　为了解决上述的内部碎片化的问题，是对于上边的一种方法的改进，基本的标记算法和上述大致相同，不一样的地方在于这种算法会把内存分为了A、B两个区域，当内存回收的时候，将A中的内存块被标记的实例拷贝到B中（这时候拷贝过去就对对象所存的位置进行了整理，使它不再碎片），然后一次性清空A。

算法优点：解决了碎片化的问题

算法缺点：对内存的大小要求为原来的两倍。

上述介绍的图片部分来源于：http://blog.csdn.net/qq_26437925/article/details/53728388

4.标记-清除-压缩

　　除了对内存进行分区，然后交替使用的算法外，还有一种标记-清除-压缩算法，标记部分算法和上述一样，但是不同的是，在进行清除之前，不再进行分区，而是将对象都就是移动所有的可达对象到堆内存的同一个区域中，使他们紧凑的排列在一起，从而将所有非可达对象释放出来的空闲内存都集中在一起，通过这样的方式来达到减少内存碎片的目的。

　　注意，该算法是一个需要暂停应用程序的算法（stop-to-world）

介绍完这几种典型的垃圾回收算法之后，你可能会问，说了一大堆，你还没有告诉我，java的垃圾回收机制是什么样的呢？错！java的回收机制，就是相当于集了以上几种算法的大成之作！

5.java的垃圾回收机制

java当中的垃圾回收机制（GC机制）主要面向的对象是内存当中的堆，还有方法区，并且在java当中，采用了分代回收的算法，那么都分为了什么代呢？

1）年轻代

　　主要是用来装新生成的对象的，而年轻代设立出来的主要目的，就是为了尽可能快速的回收那些声明周期短的对象。而在年轻代当中，一般又被分为了三个区，一个名叫Eden区，而剩下两个则都为Survivor区（姑且称为SA区和SB区吧，这两个区的地位是完全相同的，当然Survivor区也可以分为多个）。大部分的实例都是在这个Eden区当中生成（一些很大的实例，直接就在老年代当中），当Eden区被占满后，将会触发垃圾回收，面向年轻代的垃圾回收被称之为Minor GC，这时候会通过标记-清除-复制算法，将Eden区当中还被持有的实例进行标记后，整理复制到Survivor区（A或者B都有可能），并且将Eden区当中的所有的实例都回收掉，而这时候被复制到Survivor区的则是这次GC的幸存者。而当Survivor区也被占满时（注意，SA区和B区，在同一时间，一定是一个区被用，则另一个区为空的，这里姑且假设被用的A区）就会又触发Minor GC，这时候还是采用标记-清楚-复制算法，将A区的被标记的实例再整理复制到B区当中，并且将A区清空。而当B区又被占满，这时候还是同样再将幸存下来的实例在复制到A去当中，但是有一点不同的是，如果再A区和B区的GC当中都幸存下来的实例，则将会复制到老年代当中，而不再存在于年轻代。

2）老年代

　　在年轻代中经历了N次（在上述例子当中，应该是3次Minor GC）垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为老年代是存着一些生命周期较长的对象，而当老年代也被占满的时候，则会触发Major GC（面向老年代的GC被称为Major GC，速度比minorGC要慢），一般采用的是标记--清除-压缩算法。

3）永久代

　　也就是在内存机制当中经常说到的方法区，一般不会被回收。

注意：从年轻代空间（包括 Eden 和 Survivor 区域）回收内存被称为 Minor GC，对老年代GC称为Major GC，而Full GC是对整个堆来说的，在最近几个版本的JDK里默认包括了对永生带即方法区的回收（JDK8中无永生带了），出现Full GC的时候经常伴随至少一次的Minor GC,但非绝对的。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。下边看看有那种情况触发JVM进行Full GC及应对策略。

注意：在MinorGC当中使用的标记-清除-复制算法也是需要stop-the-world的，但是对于年轻带来说，需要标记的对象不多，所以时间可以忽略不计。而且在MajorGC当中，由于需要标记大部分的对象，所以这个时间很长。导致了MajorGC比MinorGC时间要长的多的原因之一，而另一个原因是MajorGC当中由于还需要压缩，所以也相当耗时。

接下来的内存，参考了博客：http://www.importnew.com/15330.html

接下来我们再详细的看看垃圾回收算法有哪几种引用的形式？

1）串行回收（只用一个CPU）和并行回收（多个CPU才有用）：串行回收是不管系统有多少个CPU，始终只用一个CPU来执行垃圾回收操作，而并行回收就是把整个回收工作拆分成多个部分，每个部分由一个CPU负责，从而让多个CPU并行回收。并行回收的执行效率很高，但复杂度增加，另外也有一些副作用，如内存碎片增加。

2）并发执行和应用程序停止 ：应用程序停止（Stop-the-world）顾名思义，其垃圾回收方式在执行垃圾回收的同时会导致应用程序的暂停。并发执行的垃圾回收虽然不会导致应用程序的暂停，但由于并发执行垃圾需要解决和应用程序的执行冲突（应用程序可能在垃圾回收的过程修改对象），因此并发执行垃圾回收的系统开销比Stop-the-world高，而且执行时需要更多的堆内存。

（后边都是一些垃圾回收器的介绍，表示看不懂了。。。。。。）

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　　这里更正一下，只有对象不被引用的时候，垃圾回收机制才会回收该对象，这句话是不严谨的，因为环型持有的情况下，也会对循环持有的对象进行回收。比如A持有B，B持有C，C持有A，这时候A/B/C可能都会被回收，是如何回收的呢？垃圾回收机制除了检查对象是否被引用外，还要看对象是否被至少一个GC roots对象直接或者间接引用，所以当A和B对象都退出了方法的时候，这时候这两个对象虽然相互为强引用，但是却不被GC roots对象直接或者间接的引用，所以会被回收。

　　那么问题来了。所谓的GC roots对象又是什么对象呢？换个问题，所谓的从根节点遍历，这个根节点又是什么呢？

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
• 本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象
• 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

看到这里，恭喜你，对java当中的垃圾回收的了解就更进一步了，那么我们再来看看，垃圾回收当中的一个重要方法 finalize()方法。

　　在之前我们只是简单的提到过这个方法，是在对象要被回收之前一般都会执行的一个方法（一般，说明JVM不保证finalize函数一定会被调用，比如在JVM退出的当口，内存中那些对象的finalize函数可能就不会被调用了），在执行了finalize方法之后，只有在下一次垃圾收集过程中，才会真正回收对象的内存。这里需要提到一点，执行finalize方法之后的对象不一定就会被回收，根据 Java 文档，finalize() 是一个用于释放非 Java 资源的方法，换个方式来解释，就是比如你的对象当中，需要用到外部的资源，比如tcp socket、mysql的连接，而当你的对象突然不被使用了，需要被回收了，如果没有finalize方法，可能你的对象只是回收了java部分的资源，而外部的资源却没有被close，所以finalize方法就是确保对象被回收之前，外部资源都会被释放的方法。