二 JAVA垃圾收集器

2.1 垃圾收集簡史

垃圾收集提供了內存管理的機制，使得應用程序不需要在關注內存如何釋放，內存用完后，垃圾收集會進行收集，這樣就減輕了因為人為的管理內存而造成的 錯誤，比如在C++語言里，出現內存泄露時很常見的。Java語言是目前使用最多的依賴于垃圾收集器的語言，但是垃圾收集器策略從20世紀60年代就已經 流行起來了，比如Smalltalk,Eiffel等編程語言也集成了垃圾收集器的機制。

2.2 常見的垃圾收集策略

常見的垃圾收集策略

所有的垃圾收集算法都面臨同一個問題，那就是找出應用程序不可到達的內存塊，將其釋放，這里面得不可到達主要是指應用程序已經沒有內存塊的引用了， 而在JAVA中，某個對象對應用程序是可到達的是指：這個對象被根（根主要是指類的靜態變量，或者活躍在所有線程棧的對象的引用）引用或者對象被另一個可 到達的對象引用。

2.2.1 Reference Counting(引用計數）
 
引用計數是最簡單直接的一種方式，這種方式在每一個對象中增加一個引用的計數，這個計數代表當前程序有多少個引用引用了此對象，如果此對象的引用計數變為0，那么此對象就可以作為垃圾收集器的目標對象來收集。

優點：

簡單，直接，不需要暫停整個應用

缺點：

1.需要編譯器的配合，編譯器要生成特殊的指令來進行引用計數的操作，比如每次將對象賦值給新的引用，或者者對象的引用超出了作用域等。

2.不能處理循環引用的問題

2.2.2 跟蹤收集器

跟蹤收集器首先要暫停整個應用程序，然后開始從根對象掃描整個堆，判斷掃描的對象是否有對象引用，這里面有三個問題需要搞清楚：

JVM的跟蹤收集器

1．如果每次掃描整個堆，那么勢必讓GC的時間變長，從而影響了應用本身的執行。因此在JVM里面采用了分代收集，在新生代收集的時候minor gc只需要掃描新生代，而不需要掃描老生代。

2．JVM采用了分代收集以后，minor gc只掃描新生代，但是minor gc怎么判斷是否有老生代的對象引用了新生代的對象，JVM采用了卡片標記的策略，卡片標記將老生代分成了一塊一塊的，劃分以后的每一個塊就叫做一個卡 片，JVM采用卡表維護了每一個塊的狀態，當JAVA程序運行的時候，如果發現老生代對象引用或者釋放了新生代對象的引用，那么就JVM就將卡表的狀態設 置為臟狀態，這樣每次minor gc的時候就會只掃描被標記為臟狀態的卡片，而不需要掃描整個堆。具體如下圖：
3．GC在收集一個對象的時候會判斷是否有引用指向對象，在JAVA中的引用主要有四種：Strong reference,Soft reference,Weak reference,Phantom reference.

◆ Strong Reference

強引用是JAVA中默認采用的一種方式，我們平時創建的引用都屬于強引用。如果一個對象沒有強引用，那么對象就會被回收。

  1. public void testStrongReference(){  
  2. Object referent = new Object();  
  3. Object strongReference = referent;  
  4. referent = null;  
  5. System.gc();  
  6. assertNotNull(strongReference);  
  7. } 

◆ Soft Reference

軟引用的對象在GC的時候不會被回收，只有當內存不夠用的時候才會真正的回收，因此軟引用適合緩存的場合，這樣使得緩存中的對象可以盡量的再內存中待長久一點。

  1. Public void testSoftReference(){  
  2. String  str =  "test";  
  3. SoftReference<String> softreference = new SoftReference<String>(str);  
  4. str=null;  
  5. System.gc();  
  6. assertNotNull(softreference.get());  
  7. }  

◆ Weak reference

弱引用有利于對象更快的被回收，假如一個對象沒有強引用只有弱引用，那么在GC后，這個對象肯定會被回收。

  1. Public void testWeakReference(){  
  2. String  str =  "test";  
  3. WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<String>(str);  
  4. str=null;  
  5. System.gc();  
  6. assertNull(weakReference.get());  
  7. }  

◆ Phantom reference

2.2.2.1 Mark-Sweep Collector(標記-清除收集器）

標記清除收集器最早由Lisp的發明人于1960年提出，標記清除收集器停止所有的工作，從根掃描每個活躍的對象，然后標記掃描過的對象，標記完成以后，清除那些沒有被標記的對象。

優點：

1 解決循環引用的問題

2 不需要編譯器的配合，從而就不執行額外的指令

缺點：

1．每個活躍的對象都要進行掃描，收集暫停的時間比較長。

2.2.2.2 Copying Collector(復制收集器）復制收集器將內存分為兩塊一樣大小空間，某一個時刻，只有一個空間處于活躍的狀態，當活躍的空間滿的時候，GC就會將活 躍的對象復制到未使用的空間中去，原來不活躍的空間就變為了活躍的空間。復制收集器具體過程可以參考下圖：

JVM的復制收集器

優點：

1 只掃描可以到達的對象，不需要掃描所有的對象，從而減少了應用暫停的時間

缺點：

1．需要額外的空間消耗，某一個時刻，總是有一塊內存處于未使用狀態

2．復制對象需要一定的開銷

2.2.2.3 Mark-Compact Collector(標記-整理收集器）標記整理收集器汲取了標記清除和復制收集器的優點，它分兩個階段執行，在第一個階段，首先掃描所有活躍的對象，并 標記所有活躍的對象，第二個階段首先清除未標記的對象，然后將活躍的的對象復制到堆得底部。標記整理收集器的過程示意圖請參考下圖：Mark- compact策略極大的減少了內存碎片，并且不需要像Copy Collector一樣需要兩倍的空間。