🎧 垃圾回收

本文摘自 Android 工程师进阶 34 讲：第02讲：GC 回收机制与分代回收策略

Java 虚拟机的自动内存管理，将原本需要由开发人员手动回收的内存，交给垃圾回收器来自动回收。

垃圾回收，顾名思义，便是 将已经分配出去的，但却不再使用的内存回收回来，以便能够再次分配。

什么是垃圾？

站在 JVM 的角度讲，垃圾指的是死亡的对象所占据的堆空间。识别定位垃圾，以及如何处理垃圾，是垃圾回收的关键所在。

引用计数法与可达性分析

那么如何确定对象已经死亡？

有一种古老的辨别方法：引用计数法（reference counting）。它的做法是为每个对象添加一个引用计数器，用来统计指向该对象的引用个数。一旦某个对象的引用计数器为 0，则说明该对象已经死亡，便可以被回收了。

引用计数法还有一个重大的漏洞，那便是无法处理循环引用对象。
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a 引用 b，b 引用 a，除此之外没有其他引用指向 a 或 b，在引用计数法中，无法回收它们。

Java 虚拟机采取的是 可达性分析 法。

这个算法的实质在于将一系列 GC Roots 作为初始的存活对象合集（live set），然后从该合集出发，探索所有能够被该集合引用到的对象，并将其加入到该集合中，这个过程我们也称之为标记（mark）。最终，未被探索到的对象便是死亡的，是可以回收的。

GC Root

GC Roots 可以简单理解为 由堆外指向堆内的引用（说法不全面）。包括（但不限于）如下几种：

• Java 虚拟机栈（局部变量表）中的引用的对象（Java 方法栈桢中的局部变量）
• 方法区中 静态引用 指向的对象（已加载类的静态变量）
• Native 方法中 JNI 引用的对象
• 仍处于存活状态中的线程对象

垃圾回收的三种方式

垃圾回收的方式主要分为三种：清除，复制，压缩。

标记-清除算法（Mark and Sweep GC）

优点：原理简单，不需要移动对象
缺点：

1. 造成内存碎片
2. 分屏效率较低

复制算法（Copying）

优点：按顺序分配内存即可，实现简单、运行高效，不用考虑内存碎片。
缺点：堆空间使用效率低（每次只用一半）

标记-压缩算法（Mark-Compact）

优点：不产生内存碎片，也不需要分成两块区域
缺点：压缩算法性能开销

分代回收策略

大部分 Java 对象存活一小段时间，而存活下来的小部分 Java 对象则会存活很长时间。**（也许和 二八法则 很像？）**

这造就了 JVM 分代回收的思想：对于不同代使用不同的回收算法。

JVM 将堆划分为 新生代 和 老年代 两大部分

其中新生代又被划分为 Eden 区和两个 Survivor 区，它们的比例为 8 ：1 ：1**

新生代主要的回收算法为复制算法

绝大多数刚刚被创建的对象会存放在 Eden 区：
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当 Eden 区第一次满的时候，会进行垃圾回收。首先将 Eden 区的垃圾对象回收清除，并将存活的对象复制到 S0，此时 S1 是空的。如图所示：

下一次 Eden 区满时，再执行一次垃圾回收。此次会将 Eden 和 S0 区中所有垃圾对象清除，并将存活对象复制到 S1，此时 S0 变为空。如图所示：

如此反复在 S0 和 S1之间切换几次（默认 15 次）之后，如果还有存活对象。说明这些对象的生命周期较长，则将它们转移到老年代中。如图所示：

一个对象如果在新生代存活了足够长的时间而没有被清理掉，则会被复制到老年代。老年代的内存大小一般比新生代大，能存放更多的对象。如果对象比较大（比如长字符串或者大数组），并 且新生代的剩余空间不足，则这个 大对象会直接被分配到老年代上。

老年代因为对象的生命周期较长，不需要过多的复制操作，所以 老年代一般采用 标记压缩的回收算法。

注意：对于老年代可能存在这么一种情况，老年代中的对象有时候会引用到新生代对象，**那么这个引用也会被作为 GC Roots。这时如果要执行新生代 GC，则可能需要查询整个老年代上可能存在引用新生代的情况，这显然是低效的。所以，老年代中维护了一个 512 byte 的 Card Table**，所有老年代对象引用新生代对象的信息都记录在这里。每当新生代发生 GC 时，只需要检查这个 card table 即可，大大提高了性能。