Java虛擬機(jī)中垃圾回收機(jī)制的原理是什么？很多新手對(duì)此不是很清楚，為了幫助大家解決這個(gè)難題，下面小編將為大家詳細(xì)講解，有這方面需求的人可以來(lái)學(xué)習(xí)下，希望你能有所收獲。
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JVM提供了一種垃圾回收機(jī)制，簡(jiǎn)稱(chēng)GC機(jī)制。通過(guò)GC機(jī)制，能夠在運(yùn)行過(guò)程中將堆中的垃圾對(duì)象不斷回收，從而保證程序的正常運(yùn)行。
垃圾對(duì)象的判定
我們都知道，所謂“垃圾”對(duì)象，就是指我們?cè)诔绦虻倪\(yùn)行過(guò)程中不再有用的對(duì)象，即不再存活的對(duì)象。那么怎么來(lái)判斷堆中的對(duì)象是“垃圾”、不再存活的對(duì)象呢？
引用計(jì)數(shù)法
每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)的屬性，用來(lái)保存該對(duì)象被引用的次數(shù)。當(dāng)引用次數(shù)為0時(shí)，就意味著該對(duì)象沒(méi)有被引用了，也就不會(huì)在使用這個(gè)對(duì)象了，可以判定為垃圾對(duì)象。但是，這種方式有一個(gè)很大的Bug，就是無(wú)法解決對(duì)象間相互引用或者循環(huán)引用的問(wèn)題：當(dāng)兩個(gè)對(duì)象相互引用，他們兩個(gè)和其他任何對(duì)象也沒(méi)有引用關(guān)系，它倆的引用次數(shù)都不為0，因此不會(huì)被回收，但實(shí)際上這兩個(gè)對(duì)象已經(jīng)不再有用了。
可達(dá)性分析（根搜索法）
為了避免使用引用計(jì)數(shù)法帶來(lái)的問(wèn)題，Java采用了可達(dá)性分析法來(lái)判斷垃圾對(duì)象。
這種方式可以將所有對(duì)象的引用關(guān)系想象成一棵樹(shù)，從樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)GC Root遍歷所有引用的對(duì)象，樹(shù)的節(jié)點(diǎn)就為可達(dá)對(duì)象，其他沒(méi)有處于節(jié)點(diǎn)的對(duì)象則為不可達(dá)對(duì)象。
那么什么樣的對(duì)象可以作為GC的根節(jié)點(diǎn)呢？
虛擬機(jī)棧（幀棧中的本地變量表）中引用的對(duì)象
方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
方法區(qū)中常量引用的對(duì)象
本地方法棧中JNI引用的對(duì)象
引用狀態(tài)
垃圾回收機(jī)制，不管采用是引用計(jì)數(shù)法，還是可達(dá)性分析法，都與對(duì)象的引用有關(guān)，Java中存在四種引用狀態(tài)：
強(qiáng)引用 - 我們使用的大部分引用實(shí)際上都是強(qiáng)引用，這是使用最普遍的引用。如果一個(gè)對(duì)象具有強(qiáng)引用，就表示它處于可達(dá)狀態(tài)，垃圾回收器絕不會(huì)回收它，即便系統(tǒng)內(nèi)存非常緊張，Java虛擬機(jī)寧愿拋出 OutOfMemoryError 錯(cuò)誤，使程序異常終止，也不會(huì)回收被強(qiáng)引用所引用的對(duì)象。因此，強(qiáng)引用是造成Java內(nèi)存泄露的主要原因之一。
軟引用 - 一個(gè)對(duì)象只具有軟引用，如果內(nèi)存空間足夠，垃圾回收器就不會(huì)回收它，如果內(nèi)存空間不足了，就會(huì)回收這些對(duì)象的內(nèi)存。只要垃圾回收器沒(méi)有回收它，該對(duì)象就可以被程序使用。
弱引用 - 一個(gè)對(duì)象只具有弱引用，那就類(lèi)似于是可有可無(wú)的。弱引用和軟引用很像，但弱引用的引用級(jí)別更低。弱引用與軟引用的區(qū)別在于：只具有弱引用的對(duì)象擁有更短暫的生命周期。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)了只具有弱引用的對(duì)象，不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否，都會(huì)回收它的內(nèi)存。
虛引用 - 一個(gè)對(duì)象僅持有虛引用，那么它就和沒(méi)有任何引用一樣，在任何時(shí)候都可能被垃圾回收器回收。虛引用主要用來(lái)跟蹤對(duì)象被垃圾回收的活動(dòng)，我們平常一般不會(huì)使用。
垃圾回收算法
通過(guò)可達(dá)性分析算法能夠判定哪些對(duì)象是需要回收的了，那么回收具體需要怎樣去執(zhí)行呢？
標(biāo)記-清除算法
首先需要標(biāo)記可以回收的對(duì)象內(nèi)存，然后在對(duì)回收的內(nèi)存進(jìn)行清除。
標(biāo)記-清除算法（回收前）
標(biāo)記-清除算法（回收后）
但是這樣的話，隨著程序的運(yùn)行，會(huì)不斷分配釋放內(nèi)存，在堆中會(huì)產(chǎn)生很多的不連續(xù)的空閑內(nèi)存區(qū)，即內(nèi)存碎片。這樣即使有足夠多的空閑內(nèi)存，也不一定能分配出足夠大的內(nèi)存，并且可能會(huì)造成頻繁的GC，影響效率，甚至OOM。
標(biāo)記-整理算法
和標(biāo)記-清除算法不同的是，標(biāo)記-整理算法在標(biāo)記后不直接清理可回收內(nèi)存，而是將存活對(duì)象都移動(dòng)到一端，然后清除掉可回收內(nèi)存。
標(biāo)記-整理算法（回收前）
標(biāo)記-整理算法（回收后）
這樣做的好處就是不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
復(fù)制算法
復(fù)制算法需要先將內(nèi)存分為兩塊，先在其中一塊內(nèi)存上分配內(nèi)存，當(dāng)這塊內(nèi)存被分配完后，則執(zhí)行垃圾回收，然后把存活對(duì)象全部復(fù)制到另一塊內(nèi)存上，第一塊內(nèi)存則全部清空。
復(fù)制算法（回收前）
復(fù)制算法（回收后）
這種算法不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，但是相當(dāng)于只能使用一半的內(nèi)存空間。同時(shí)，復(fù)制算法和存活對(duì)象的數(shù)量有關(guān)，如果存活對(duì)象的數(shù)量多，那么復(fù)制算法的效率會(huì)大大降低。
分代收集算法
在Java虛擬機(jī)中，對(duì)象的生命周期有長(zhǎng)有短，大部分對(duì)象的生命周期很短，只有少部分的對(duì)象才會(huì)在內(nèi)存中存留較長(zhǎng)時(shí)間，因此可以依據(jù)對(duì)象生命周期的長(zhǎng)短將它們放在不同的區(qū)域。在采用分代收集算法的Java虛擬機(jī)堆中，一般分為三個(gè)區(qū)域，用來(lái)分別儲(chǔ)存這三類(lèi)對(duì)象：
新生代 - 剛創(chuàng)建的對(duì)象，在代碼運(yùn)行時(shí)一般都會(huì)持續(xù)不斷地創(chuàng)建新的對(duì)象，這些新創(chuàng)建的對(duì)象有很多是局部變量，很快就會(huì)變成垃圾對(duì)象。這些對(duì)象被放在一塊稱(chēng)為新生代的內(nèi)存區(qū)域。新生代的特點(diǎn)是垃圾對(duì)象多，存活對(duì)象少。
老年代 - 一些對(duì)象很早被創(chuàng)建了，經(jīng)歷了多次GC也沒(méi)有被回收，而是一直存活下來(lái)。這些對(duì)象被放在一塊稱(chēng)為老年代的區(qū)域。老年代的特點(diǎn)是存活對(duì)象多，垃圾對(duì)象少。
永久代 - 一些伴隨虛擬機(jī)生命周期永久存在的對(duì)象，比如一些靜態(tài)對(duì)象，常量等。這些對(duì)象被放在一塊稱(chēng)為永久代的區(qū)域。永久代的特點(diǎn)是這些對(duì)象一般不需要垃圾回收，會(huì)在虛擬機(jī)運(yùn)行過(guò)程中一直存活。（在Java1.7之前，方法區(qū)中存儲(chǔ)的是永久代對(duì)象，Java1.7方法區(qū)的永久代對(duì)象移到了堆中，而在Java1.8永久代已經(jīng)從堆中移除了，這塊內(nèi)存給了元空間。）
分代收集算法也就根據(jù)新生代和老年代來(lái)進(jìn)行垃圾回收的。
對(duì)于新生代區(qū)域，每次GC都會(huì)有很多垃圾對(duì)象被回收，只有少量存活。因此采用復(fù)制回收算法，GC時(shí)把剩余很少的存活對(duì)象復(fù)制過(guò)去即可。
在新生代區(qū)域中，并不是按照1:1的比例來(lái)進(jìn)行復(fù)制回收，而是按照8:1:1的比例分為了Eden、SurvivorA、SurvivorB三個(gè)區(qū)域。其中Eden意為伊甸園，形容有很多新生對(duì)象在里面創(chuàng)建；Survivor區(qū)則為幸存者，即經(jīng)歷GC后仍然存活下來(lái)的對(duì)象。
Eden區(qū)對(duì)外提供堆內(nèi)存。當(dāng)Eden區(qū)快要滿了，則進(jìn)行Minor GC(新生代GC)，把存活對(duì)象放入SurvivorA區(qū)，清空Eden區(qū)；
Eden區(qū)被清空后，繼續(xù)對(duì)外提供堆內(nèi)存；
當(dāng)Eden區(qū)再次被填滿，此時(shí)對(duì)Eden區(qū)和SurvivorA區(qū)同時(shí)進(jìn)行Minor GC(新生代GC)，把存活對(duì)象放入SurvivorB區(qū)，此時(shí)同時(shí)清空Eden區(qū)和SurvivorA區(qū)；
Eden區(qū)繼續(xù)對(duì)外提供堆內(nèi)存，并重復(fù)上述過(guò)程，即在 Eden 區(qū)填滿后，把Eden區(qū)和某個(gè)Survivor區(qū)的存活對(duì)象放到另一個(gè)Survivor區(qū)；
當(dāng)某個(gè)Survivor區(qū)被填滿，且仍有對(duì)象未被復(fù)制完畢時(shí)，或者某些對(duì)象在反復(fù)Survive 15次左右時(shí)，則把這部分剩余對(duì)象放到老年代區(qū)域；當(dāng)老年區(qū)也被填滿時(shí)，進(jìn)行Major GC（老年代GC），對(duì)老年代區(qū)域進(jìn)行垃圾回收。
老年代區(qū)域?qū)ο笠话愦婊钪芷谳^長(zhǎng)，每次GC時(shí)，存活的對(duì)象比較多，因此采用標(biāo)記-整理算法，GC時(shí)移動(dòng)少量存活對(duì)象，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
觸發(fā)GC的類(lèi)型
Java虛擬機(jī)會(huì)把每次觸發(fā)GC的信息打印出來(lái)，可以根據(jù)日志來(lái)分析觸發(fā)GC的原因。
GC_FOR_MALLOC：表示是在堆上分配對(duì)象時(shí)內(nèi)存不足觸發(fā)的GC。
GC_CONCURRENT：當(dāng)我們應(yīng)用程序的堆內(nèi)存達(dá)到一定量，或者可以理解為快要滿的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)GC操作來(lái)釋放內(nèi)存。
GC_EXPpCIT：表示是應(yīng)用程序調(diào)用System.gc、VMRuntime.gc接口或者收到SIGUSR1信號(hào)時(shí)觸發(fā)的GC。
GC_BEFORE_OOM：表示是在準(zhǔn)備拋OOM異常之前進(jìn)行的最后努力而觸發(fā)的GC。
看完上述內(nèi)容是否對(duì)您有幫助呢？如果還想對(duì)相關(guān)知識(shí)有進(jìn)一步的了解或閱讀更多相關(guān)文章，請(qǐng)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道，感謝您對(duì)創(chuàng)新互聯(lián)的支持。
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