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垃圾回收

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对象的引用类型

  • 强引用（Strong Reference）：只要存在强引用，直到OOM也不会回收。如Object obj = new Object。
  • 软引用（Soft Reference）：内存充足时不回收，内存不足（将要发生OOM）时才会进行回收。常用于实现内存敏感的高速缓存。
  • 弱引用（Weak Reference）：无论内存是否充足，只要发生GC就会被回收。
  • 虚引用（Phantom Reference）：目的是为了在对象被回收时收到一个系统通知。常用于配合引用队列跟踪堆外内存的释放（如ByteBuffer的Cleaner）。

垃圾判定算法

引用计数法

为每一个对象添加一个引用计数器。每有一个对该对象的引用，计数器加一；引用失效时，计数器减一。计数为0时可以进行回收。
缺点：无法解决依赖循环问题，导致内存泄漏。因此Hotspot不使用该方法。

可达性分析算法

以一系列被称为GC Roots的根对象作为起点，从这些节点出发根据引用关系向下搜索，走过的路径称为“引用链”。如果一个对象与任何GC Roots都没有引用链相连，说明该对象不可达。
可以作为GC Roots的对象：

  1. 虚拟机栈中栈帧的局部变量表中引用的对象（如方法参数、局部变量）。
  2. 方法区中静态字段引用的对象（如public static Object obj = new Object();）。
  3. 方法区中常量引用的对象（如public static final修饰的引用）。
  4. 本地方法栈中JNI引用（Native方法）的对象。
  5. Java虚拟机内部的引用：
    1. 基本类型的Class对象。
    2. 常驻的异常对象（如NullPointerException、OutOfMemoryError等）。
    3. 系统类加载器。
  6. 所有被同步锁（synchronized）持有的对象。

二次标记和finalize()自救

在判断对象不可达后，如果对象重写了finalize()且未被执行过，对象会被放入F-Queue队列，等待一个低优先级的Finalizer线程执行。如果对象在finalize()中将自己的引用(this)赋值给某个引用变量，在第二次小规模标记中就能避免被回收。

Warning

任何对象的finalize()只会被虚拟机调用一次。因其执行时间不可控，已经被废弃，不能用于资源释放。

垃圾回收算法

分代收集假说

  • 弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕灭的（即大多数对象创建后很快就不再使用）。
  • 强分代假说：经过越多次垃圾回收的对象，就越难死亡。
  • 跨代引用假说：跨代引用相对于同代引用来说只占极少数。

三种算法

标记-清除算法(Mark-Sweep)标记-复制 (Copying)标记-整理 (Mark-Compact)
原理标记存活对象、回收未标记对象将内存分成两块，
回收时将存活对象复制到另一块，
清空原区域		标记存活对象，
将标记的对象全部移至一边，
清理边界外的区域
优点实现简单、不需要移动对象没有内存碎片、按序分配、效率高没有内存碎片、不会浪费内存空间
缺点会产生大量内存碎片存在内存浪费、存活率高时复制开销大移动对象需要更新所有引用，
STW（Stop The World）时间较长
适用区域CMS的老年代新生代（Appel 式 8:1:1）Serial Old、Parallel Old的老年代

垃圾回收的范围

• Minor GC(Young GC)：只回收新生代（Eden + S0/S1）。
• Major GC(Old GC)：只回收老年代（目前只有 CMS 收集器有单独的老年代收集行为）。
• Mixed GC：回收整个新生代以及部分老年代（G1 收集器特有）。
• Full GC：回收整个 Java 堆和方法区。

回收过程

设最初使用的Survivor区为S0。

  1. 新对象不断在Eden分配。
  2. 当Eden满时，触发Minor GC：
    1. 扫描Eden和S0。
    2. 标记存活对象。
    3. 将存活的对象复制到S1。
    4. 将存活对象的年龄+1（记录在对象头中）。
    5. 清空Eden和S0。
    6. 交换S0和S1的角色。
  3. 晋升机制：
    1. 长期存活的对象：年龄达到阈值（默认15）时进入老年代。
    2. 大对象直接晋升老年代：大小超过一定阈值的对象直接进入老年代，如很长的字符串或很大的byte数组。避免在Eden和Survivor之间进行大量内存复制。
    3. 内存分配担保：Minor GC存活的对象无法完全放入目标Survivor区时，通过内存分配担保借用老年代内存。
    4. 动态对象年龄判定：Survivor区中，如果存在一个最小年龄N，使得从1到N的对象大小总和超过了阈值（默认50%），则年龄大于等于N的对象晋升为老年代。
      相关参数：
  • -XX:MaxTenuringThreshold：晋升老年代年龄阈值，默认为15（CMS、G1），最大值为15。
  • -XX:PretenureSizeThreshold：大对象直接进入老年代的阈值。适用于Serial和ParNew。