JVM記憶體回收機制——哪些記憶體需要被回收（JVM學習系列2）

振宇要低調發表於2018-08-02
JVM記憶體

　　上一篇文章中討論了Java記憶體執行時的各個區域，其中程式計數器、虛擬機器棧、本地方法棧隨執行緒生滅，且建立時需要多少記憶體，基本上在譯期間就決定的了，所以在記憶體回收時無需特殊的關注。而堆和方法區則不同，首先堆中只能在執行時，隨著方法的呼叫而確定建立哪些物件；方法區中也同樣如此，常量池中的常量、載入的類資訊也是隨時在發生著變化且不可預知。所以說，JVM記憶體回收，主要針對的是這兩部分的內容。

1、堆中“死”物件

　　籠統的說，沒用的物件就是死物件。

1.1如何判定物件“已死”

1.1.1引用計數法

　　給物件新增一個引用計數器，當有其他物件引用該物件時，計數器+1；當引用失效時，計數器-1。原理簡單，實現容易，聽起來也不錯。但這個演算法無法解決物件間迴圈引用的問題。也就是說物件A引用了物件B，而物件B同時也引用了物件A，此時就形成了迴圈引用。這樣兩個物件就永遠都不會被回收。主流的JVM中均沒有采用這種演算法。

1.1.2可達性分析

　　基本思路是找一些物件作為遍歷的起始點（成為GC Roots），從這些起始點開始搜尋，當某個物件並沒有和任何GC Root產生關聯，則認為這個物件已經不被使用了，可以清除。通常，可作為GC Root的物件有以下幾種：

　　　　1）虛擬機器棧，棧幀中的本地變數表中引用的物件

　　　　2）方法區中載入的類的靜態屬性引用的物件

　　　　3）方法區中常量引用的物件（疑問，方法區中的常量到底有哪些）

　　　　4）本地方法棧中引用的物件

　　由上可見，可作為GC Roots的物件基本上可以歸類為全域性性引用和執行上下文，而應用中這些物件實在太多，這就導致根節點的遍歷（或者叫確定GC Roots）勢必會消耗很多時間，那是如何確定GC Roots的呢？當前主流Java虛擬機器使用的都是準確式GC，以HotSpot虛擬機器為例，當系統確定GC Roots時，並不需要遍歷整個方法區或者堆，而是知道哪些地方存放著物件的引用，這是有一個叫OopMap的資料結構來實現的。

1.2關於引用

　　上文談到的引用，是我們平時經常談到的、最直白的“引用”。在JDK1.2之前，“引用”的定義是：如果reference型別的資料中儲存的數值代表的是另外一塊記憶體的起始地址，就稱這塊記憶體代表著一個引用。這種定義非常的純粹，非黑即白。在記憶體回收的時候也是，有用就留著，沒用立刻刪。但有一些場景，例如，當記憶體充足的時候，某塊記憶體留著備用；記憶體不充足的時候，回收這塊記憶體。這時純粹的“引用”就沒辦法了。在JDK1.2之後，Java對引用進行了擴充套件，將引用分為強引用、軟引用、弱引用、虛引用。

　　1）強引用：就是上面說的純粹的引用

String str=new String("abc");

　　2）軟引用：表示物件還有用，但不是必須的。記憶體不夠用的時候，才會回收這些記憶體。軟引用可用來實現記憶體敏感的快取記憶體。

String str=new String("abc");                                     // 強引用
SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 軟引用

後續在垃圾回收時，JVM內部邏輯如下：

if(JVM.記憶體不足()) {
    str = null;  // 轉換為軟引用
    System.gc(); // 垃圾回收器進行回收
}

　　3）弱引用：表示物件還有用，但不是必須的，且不如軟引用“硬”。只要發生垃圾回收，這些物件就會被回收。

String str=new String("abc");    
WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<String>(str);

後續在垃圾回收時，JVM內部邏輯如下：

str = null;

　　4）虛引用：最弱的引用，一個物件是否存在虛引用，並不影響其生存。為一個物件設定虛引用的唯一目的是在該物件被回收時，能夠收到一個系統通知。 虛引用主要用來跟蹤物件被垃圾回收器回收的活動。

2、方法區內記憶體

　　JDK1.8之前方法區是放到永久代中實現的（HotSpot虛擬機器）。對於堆中的記憶體回收，尤其是新生代，回收率能夠達到70%~95%；而永久代中的回收率則非常低。也就是說，回收方法區內的記憶體價效比很低。但這塊記憶體又不能沒有垃圾回收機制，SUN公司就曾公佈過關於方法區記憶體洩漏的嚴重BUG。

　　方法區中垃圾回收主要關注兩部分：無用的常量和類。

　　常量的回收與堆中物件的回收機制類似，當某個常量沒有被任何物件引用的時候，這個常量就沒有用了，就可以被回收。舉例，當前系統中找不到任何String物件引用了常量池中的的某個字串常量：abcd，那麼abcd這個常量就會被回收。同理，常量池中其他類、方法、欄位的符號引用也與此類似。

　　回收類的效率非常低，但在當前企業級應用大量使用反射（Spring IOC，在bean注入的時候，通過反射例項化一個類，將其通過setter方法放到bean中）、動態代理（Spring AOP，AOP框架不會去修改位元組碼，而是在記憶體中臨時為方法生成一個AOP物件，這個AOP物件包含了目標物件的全部方法，並且在特定的切點做了增強處理，並回撥原物件的方法。）、CGLib（CGLib技術後續繼續學習）等技術的前提下，類的回收也變得很重要。已載入類的回收條件非常苛刻，需要滿足以下三個條件，才有可能被JVM回收：

　　　　1）該類產生的物件例項均被回收

　　　　2）載入該類的ClassLoader已經被回收（類載入機制後續繼續學習）

　　　　3）該類的類物件沒有在任何地方引用，無法反射出這個類的方法

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