Java 的垃圾回收策略

当程序 创建对象，数组 等 引用类型实体 时，系统都会在 堆内存 中为之分配一块内存区，对象就保存在这块内存区，当这块内存不再被任何变量引用时，这块内存就变成垃圾，系统就要回收。

• 只回收堆内存中对象，不会回收物理资源
• 程序无法精确控制回收时机。
• 在垃圾回收机制回收任何对象之前，总会先调用它的 finlize() 方法，可能导致 垃圾回收机制取消 。

如何判断对象是否已经死亡？

引用计数算法

古老的判断对象是否存活的算法是：给对象添加一个计算器，一旦有地方引用该对象，则计数器加一，当引用失效时，就减一。任何计数器为 0 的对象，就不能再使用了。这种算法虽然经典，但是其并不能解决一个对象之间相互循环引用的问题。

public class RefreenceCount{
  
  class GcObject{
  	public Object instance = null;
}
  
  public static void main(String[] args){
	GcObject o1 = new GcObject(); 
    GcObject o2 = new GcObject();
    
    o1.instance = o2; // 1
    o2.instance = o1; // 2
    
    o1 = null;
    o2 = null;
}
}

如上我们在最后注释一和注释二处还是无法释放对方。这样会造成堆溢出。

可达性分析算法

主流的语言中都是通过可达性算法分析对象是否存活的：通过一系列称为 “GC Roots” 对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，其所走过的路径称为引用链，当一个对象到 GC Roots 不可达时，则该对象是不可用的，也就是判断这些对象为可回收的。

在 Java 语言中，如下可作为 GC Roots 对象：

• 虚拟机栈中引用的本地对象
• 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
• 本地方法栈中 JNI 引用的对象

而可达性算法，我们可以看一个非常好的示例。 垃圾回收机制中，引用计数法是如何维护所有对象引用的

再谈引用

前面所说的两种都是跟引用有关系。在 JDK1.2 之前，引用的定义很狭隘，一个对象只有被引用和未被引用的两种状态。在 JDK1.2 之后，对引用的定义进行了扩充，我们希望：当内存空间还足够时候，则对象能够保留在内存中；如果内存空间在进行垃圾回收之后，内存空间还是非常紧张，则抛弃这些对象。适合于很多缓存功能的应用场景。分成四种强度递减的引用：

• 强引用：这种引用很常见，类似于 ：

  A a = new A()// 强引用

  只要引用存在，就不会回收引用对象。如果显示的将对象置为 null 或者其超出对象的生命范围，则被回收。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出 OutOfMemoryError 错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题

• 软引用：如果一个对象具有软引用，内存足够时，gc不会回收它；内存不足时，gc就会回收这个对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。 软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

• 弱引用：在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象， 不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存 。

  public class WeakRefrenceDemo {
  
      public static void main(String[] args) {
  
          String s = new String("hello");// 1
          WeakReference<String> wrf = new WeakReference<String>(s);
          s = null;// 2
          System.out.println(wrf.get());// 3
          System.gc();// 4
          System.runFinalization();
          System.out.println(wrf.get());// 5
      }
  }

  如上，我们逐行分析。在注释 1 处，我们不能自以为聪明的用：

  String s = "hello"// 6

  来替代 1 中的语句，因为按照 6 中的做法，系统会采用常量池来管理这个字符串直接量，会采用强引用来引用它。同时在 1 处我们用 s 引用变量引用 “hello” 字符串对象，接下来创建一个弱引用对象来引用 s 引用的同一个对象。执行到 2 处时候，切断了 s 和引用对象的之间的联系。而我们不切断的话，会发生什么呢？自然 gc 机制无法发挥出实质性的作用，导致并没回收任何引用对象，故输出的还是字符串对象。

  执行到 3 处时候，由于系统内存还足够，不会回收 wrf 对象，因此会输出 “hello” 对象。而后通知程序进行强制垃圾回收，自然弱引用对象 wrf 就会被系统回收了，此时输出的就为 null 了。

  下面再看一个例子，弱引用在 Android 中的应用,我们希望在 Activity 中新建一个线程获取数据：

  public class MainActivity extends Activity {
  
      //...
      private int page;
      private Handler handler = new Handler() {
          @Override
          public void handleMessage(Message msg) {
              if (msg.what == 1) {
                  //...
                  page++;
              } else {
                  //...
              }
          };
      };
  
      @Override
      protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
          super.onCreate(savedInstanceState);
          setContentView(R.layout.activity_main);
  
          //...
          new Thread(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                  //..
                  Message msg = Message.obtain();
                  msg.what = 1;
                  //msg.obj = xx;
                  handler.sendMessage(msg);
              }
          }).start();
          //...
      }
  }

  Activity 具有自身的生命周期，Activity 中新开启的线程运行过程中，可能此时用户按下了Back键，或系统内存不足等希望回收此 Activity， 由于 Activity 中新起的线程并不会遵循 Activity 本身的什么周期，也就是说，当 Activity 执行了onDestroy,由于线程以及 Handler 的 HandleMessage 的存在， 使得系统本希望进行此Activity 内存回收不能实现，因为非静态内部类中隐性的持有对外部类的引用，导致可能存在的内存泄露问题。

  因此，在 Activity 中使用 Handler 时，一方面需要将其定义为静态内部类形式，这样可以使其与外部类（Activity）解耦，不再持有外部类的引用， 同时由于 Handler 中的 handlerMessage 一般都会多少需要访问或修改 Activity 的属性，此时，需要在 Handler 内部定义指向此 Activity 的 WeakReference， 使其不会影响到 Activity 的内存回收同时，可以在正常情况下访问到 Activity 的属性。

  google 官方推荐的一个示例写法如下：

  public class MainActivity extends Activity {
  
      //...
      private int page;
      private MyHandler mMyHandler = new MyHandler(this);
      private static class MyHandler extends Handler {
          private WeakReference<MainActivity> wrActivity;
          public MyHandler(MainActivity activity) {
              this.wrActivity = new WeakReference<MainActivity>(activity);
          }
  
          @Override
          public void handleMessage(Message msg) {
              if (wrActivity.get() == null) {
                  return;
              }
              MainActivity mActivity = wrActivity.get();
              if (msg.what == 1) {
                  //...
                  mActivity.page++;
              } else {
                  //...
              }
          }
      }
  
      @Override
      protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
          super.onCreate(savedInstanceState);
          setContentView(R.layout.activity_main);
          //...
          new Thread(new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                  //..
                  Message msg = Message.obtain();
                  msg.what = 1;
                  //msg.obj = xx;
                  mMyHandler.sendMessage(msg);
              }
          }).start();
          //...
      }
  }

  ​

• 虚引用：是一种最弱的引用关系，其存在的必要就是在该虚引用对象被垃圾回收器回收时候，系统能够接收到一个通知。

生存还是死亡

当一个对象被创建之后，根据它是否被引用变量所引用的状态，可以将其所处状态分为如下三种：

• 可达状态：当一个变量被创建之后，有一个或者以上的变量引用它，其就处于可达状态。
• 可恢复状态：没有任何对象来引用它，就处于可恢复状态。这种状态下，系统的垃圾回收机制准备来回收该对象所占用的内存，在回收该对象之前，系统会调用所有可恢复对象的 finalize() 方法来进行资源的清理，如果系统在清理资源的同时，重新让一个引用变量引用该对象，则该对象会再次变为可达对象，反之则该对象进入不可达状态。
• 不可达状态：没用引用变量指向该对象，并且不能被恢复，则成为不可达状态。只有一个对象在不可达状态时候，垃圾回收器才会回收该对象。

然而即使某个对象被标记为不可达的情况下，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行根搜索后发现没有与 GC Roots 相连接的引用链，那它会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行 finalize() 方法。当对象没有覆盖 finalize() 方法，或 finalize() 方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为没有必要执行。如果该对象被判定为有必要执行 finalize() 方法，那么这个对象将会被放置在一个名为 F-Queue 队列中，并在稍后由一条由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行finalize()方法。finalize() 方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会（因为一个对象的 finalize() 方法最多只会被系统自动调用一次），稍后 GC 将对 F-Queue 中的对象进行第二次小规模的标记，如果要 在 finalize() 方法中成功拯救自己，只要在 finalize() 方法中让该对象重引用链上的任何一个对象建立关联即可。而如果对象这时还没有关联到任何链上的引用，那它就会被回收掉。接下来，我们顺便看一下 finalize() 方法：

在垃圾回收机制回收某个对象之前，通常会调用 finalize() 方法来回收一些资源。在没有明确指定回收方法之前，调用默认的 finalize() 放法，只有在调用了该方法之后，垃圾回收机制才真正的开始执行。但是我们始终要注意该方法不一定会得到执行，故我们不要指望在该方法中去执行垃圾清理的工作。finalize() 方法具有以下特点：

• 不要主动调用某个对象的 finalize() 方法
• finalize() 方法是否被调用具有不确定性
• JVM 执行可恢复对象的 finalize() 方法时候，可能会是该方法重新变为可达状态
• JVM 执行 finalzie() 方法出现异常时，不会抛出异常

接下来，我们看一个对象自我拯救的示例：

public class FinalizeEscapeGC {

    public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;

    public void isAlive(){
        System.out.println("yes i am still live");
    }

    // 留个心眼，这个方法每个对象只会被系统自动调用一次
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize method called");
        FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;// 注释一
    }

    public static void main(String[] args) throws Throwable {

        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();

        // 对象第一次自我拯救成功
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null){
            SAVE_HOOK.isAlive();
        }else{
            System.out.println("no,i am dead");
        }

        // 对象第二次拯救自己失败
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null){
            SAVE_HOOK.isAlive();
        }else{
            System.out.println("no,i am dead");
        }
    }
}

输出结果：

finalize method called // 标注 finalize 被调用
yes i am still live // 逃脱成功
no,i am dead // 逃脱失败

为什么会出现对象的复活？又为什么会出现同样的代码，而对象只会复活一次？首先解决第一个问题，对象复活的奥秘完全在注释一处，我们在 finalize() 方法中执行了这样一句：

FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;// 注释一

上面就将一个可恢复的对象变成了可达对象。而后面只能复活一次的原因是因为一个对象的 finalize() 方法只能被调用一次。

如何去回收垃圾

• 标记-清除算法

  首先标记所有需要被清除的对象，然后进行回收，至于判定哪些对象该被回收，前面已经说过了。由于该算法是比较基础的算法，所以不可避免的带来两个问题：标记和清除效率不高的问题、空间碎片化的问题。

• 复制算法

  复制算法是针对标记—清除算法的缺点，在其基础上进行改进而得到的，它讲 可用内存按容量 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内存上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。其缺点很明显，将可用内存缩小到了一半。复制算法有如下优点：

  • 每次只对一块内存进行回收，运行高效。
  • 只需移动栈顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单。
  • 内存回收时不用考虑内存碎片的出现。

• 标记-整理算法

  其标记过程仍然跟标记-清除算法一样。但是该算法不会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段移动，然后直接清理端边界以外的内存。

• 分代收集算法

  当前用的比较多的垃圾收集算法都是分代收集。根据对象存活周期的不同，将内存分为几块。一般是将 Java 堆分为新生代和老生代，根据各个年代的特点采用合适的垃圾回收算法。在新生代中每次都有大批对象死去，只有少量存活，故而采用复制算法。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，没有额外空间对其进行分配担保，就必须使用标记-整理或者标记-清理算法来进行回收。

内存分配策略

• 对象优先在 Eden 分配

  大多数情况下，对象优先在新生代 Eden 区中分配，当该区域没有足够空间时候，将发生一次 MinorGC。其中我们在复制算法中提到了：新生代 98% 对象是朝生夕死，所以没必要 1:1 分布内存空间，从而产生了一块较大的 Edge 和两块 Survivor 空间。

• 大对象直接进入老年代

• 长期存活的对象将进入老年代

  虚拟机采用了分代会回收的思想来管理内存，故判断新老对象的标准就很重要。虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄，如果对象在 Eden 区 出身，并且经过第一个 Minor GC 之后仍然存活，并且能被 Survivor 区域容纳的话，将被移动到 Survivor 区域中，并将对象年龄设置为1.对象在 S 区域中每熬过一次 MInor GC，年龄就增加1.当年龄增加到一定 15岁时候，就会被存入到老年代。年龄阈值可以通过设置指定参数来确定。

• 动态对象年龄判定

• 空间分配担保