GC垃圾回收

13.GC垃圾回收

13.1.JVM内存

Java虚拟机在Java程序运行过程中会把它管理的内存，划分为若干个不同的数据区域。这些区域各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随虚拟机的启动而存在，有些区域依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。(比如说栈)，根据《Java虚拟机规范》内存Java虚拟机所管理的内存将会包括如上图的几个运行时数据区。
- 程序计数器：程序计数器（Program Counter Register）是一块较小的内存空间，它的作用可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。(每个线程都有自己的程序计数器，线程隔离)
- Java虚拟机栈：它描述的是Java 方法执行的内存模型：每个方法被执行的时候都会同时创建一个栈帧（Stack Frame ）用于存储局部变量表、操作栈、动态链接、方法出口等信息。线程私有(线程隔离)
  1. 每个线程包含一个栈区，栈中只保存方法中（不包括对象的成员变量）的基础数据类型和自定义对象的引用(不是对象)，对象都存放在堆区中
  2. 每个栈中的数据(原始类型和对象引用)都是私有的，其他栈不能访问。
  3. 栈分为3个部分：基本类型变量区、执行环境上下文、操作指令区(存放操作指令)。
- 本地方法栈(线程私有)：本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，其区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java 方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则是为虚拟机使用到的Native 方法服务。
- Java堆：
  - 此内存区域的唯一目的就是存放对象，一个JVM实例只存在一个堆，堆内存的大小是可以调节的。堆内存是线程共享的。
  - 存储的全部是对象实例，每个对象都包含一个与之对应的class的信息(class信息存放在方法区)。
  - jvm只有一个堆区(heap)被所有线程共享，堆中不存放基本类型和对象引用，只存放对象本身，几乎所有的对象实例和数组都在堆中分配。
- 方法区(线程共享)：方法区（Method Area）与Java 堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据，即时编译器编译后的代码等数据。又叫静态区，跟堆一样，被所有的线程共享。

13.2.内存管理的方式

显式的内存管理(C/C++)
- 内存管理(内存的申请和释放)是程序开发者的职责
- 常见问题：
  - 内存泄漏：内存空间已经申请，使用完毕后未主动释放
  - 野指针：使用了一个指针，但是该指针指向的内存空间，已经被free
隐式的内存管理(Java/C#)
- 内存的管理是由垃圾回收器自动管理的
  - 优点：增加了程序的可靠性，减小了memory leak
  - 缺点：无法控制GC的时间，耗费系统性能

13.3.GC

GC——Garbage Collection，在JVM中，GC的功能是由垃圾回收器来完成。
一个对象在没有任何引用变量指向他，也无法访问到的时候，他就变成了垃圾。

13.3.1.垃圾判断算法

计数法：
- 给对象添加一个引用计数器
- 每当一个地方引用它时，计数器加1
- 每当引用失效时，计数器减少1
- 当计数器的数值为0时，也就是对象无法被引用时，表明对象不可在使用
无法解决循环引用的问题：如，A指向B，且B指向A，二者没有任何其他引用变量指向这两个对象，虽然计数器不为0，但是仍然是垃圾。
根搜索算法：
- 这个算法的基本思想是将一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点
- 从这些节点开始向下搜索
- 搜索所走的路径称为引用链
- 当一个对象到所有的GC root之间没有任何引用链相连时，就认为该对象变成了垃圾
GC Roots包含对象：
- 虚拟机栈中引用的对象
  - 栈中的变量是局部变量，直接访问到的对象不是垃圾
  - 即：如果一个引用变量同时也是局部变量的话，该对象是一定可以访问到的对象。
- 方法区中的静态属性引用的对象
  - 直接可以采取类名.的方法访问到，访问引用类型的静态变量

13.3.2.垃圾回收算法

标记清除算法(Mark Sweep)
- 简单的理解为，被判断为垃圾的对象会被标记，直接清除带有标记的即可，
  - 优点：实现简单，回收效率高
  - 缺点：造成内存的碎片化，无法满足程序中大块内存的需求
标记复制算法(Copy)
- 保留一部分作为保留区，将另一部分的内存采取标记清除算法，然后将清除完毕的区域再次作为保留区，并将存活对象复制按序排列在原保留区
  - 优点：不会产生内存碎片，如果在内存回收的时候，只有少量存活对象，那么回收效率是很高的
  - 缺点：内存利用率低，如果在内存回收的时候，有大量的存活对象，那么此时就要复制大量存活对象，回收效率低
标记整理算法(Mark Compact)
- 清除带有标记的垃圾后，整理存活对象，按序存放存活对象到一端
  - 优点：不会产生内存碎片，内存利用率高
  - 缺点：效率低，用时间换空间
分代收集算法(Generational Collection 商用)
- IBM统计结论，绝大部分(98%)对象都是朝生夕死。
- 分代收集算法，把堆内存分为新生代和老年代，再把新生代分为两个站10%的survivor区域和一个80%的Eden区域，新生代的特征是非常容易死亡，因此非常适合使用标记复制算法，保留区域只使用两个survivor区域，每次回收只使用一个survivor区域。
- 如果一个新生代对象经过了连续15此的垃圾回收后，仍然存活，那么这种对象就具有了老而不死的特征，这种对象就会被移动到老年代中来存储，老年代使用标记整理算法。