這是垃圾回收機(jī)制系列文章的第二篇。希望您已經(jīng)讀過了***部分Java垃圾回收簡(jiǎn)介。

Java垃圾回收是一個(gè)自動(dòng)運(yùn)行的管理程序運(yùn)行時(shí)使用的內(nèi)存的進(jìn)程。通過GC的自動(dòng)執(zhí)行JVM將程序員從申請(qǐng)和釋放內(nèi)存的繁重操作中解放出來。

Java垃圾回收GC初始化

作為一個(gè)自動(dòng)執(zhí)行的進(jìn)程，程序員不需要在代碼中主動(dòng)初始化GC。Java提供了System.gc()和Runtime.gc()這兩個(gè)hook來請(qǐng)求JVM調(diào)用GC進(jìn)程。

盡管要求系統(tǒng)機(jī)制給程序員提供調(diào)用GC的機(jī)會(huì)，但是實(shí)際上這是由JVM負(fù)責(zé)決定的。JVM可以選擇拒絕啟動(dòng)GC的請(qǐng)求，因此并不保證這些請(qǐng)求會(huì)真的調(diào)用垃圾回收。這是JVM基于內(nèi)存堆空間的Eden區(qū)的使用情況做出的決定。JVM規(guī)范將這個(gè)選擇權(quán)利留給了各個(gè)JVM的具體實(shí)現(xiàn)，因此實(shí)際上JVM是如何選擇的視不同JVM的實(shí)現(xiàn)而定(不過要記住的是，不能依賴于這兩個(gè)方法的調(diào)用，它們是不被保證執(zhí)行的)。

毫無疑問的是，我們知道垃圾回收進(jìn)程是不能強(qiáng)制執(zhí)行的。不過我剛發(fā)現(xiàn)一個(gè)調(diào)用System.gc()確實(shí)有意義的場(chǎng)景。看下這篇文章你就會(huì)了解System.gc()調(diào)用是可用的這個(gè)特殊的場(chǎng)景。

Java 垃圾回收進(jìn)程

垃圾回收是一個(gè)回收不再使用的內(nèi)存空間并將它變成能夠?yàn)閷淼膶?shí)例使用的過程。

Eden Space:當(dāng)一個(gè)實(shí)例被創(chuàng)建的時(shí)候，它最初被存放在堆內(nèi)存空間的年輕代的Eden區(qū)中。

注意：如果您不太理解這些術(shù)語(yǔ)，建議您先看下介紹內(nèi)存模型、JVM架構(gòu)及這些術(shù)語(yǔ)的詳細(xì)解釋的文章：garbage-collection-introduction-tutorial

Survivor Space(S0 和S1):作為minor回收周期的一部分，還活著的對(duì)象(還有引用指向它)被從eden區(qū)中移動(dòng)到survivor空間S0。同樣的，垃圾回收器掃描S0并將活著的實(shí)例移動(dòng)到S1。

無用的對(duì)象(沒有引用指向)被標(biāo)記并回收。垃圾回收器(有四種可用的垃圾回收器，將在下一篇文章中介紹)決定這些被標(biāo)記的實(shí)例是在掃描的過程中移出內(nèi)存還是在另外獨(dú)立的遷移進(jìn)程中執(zhí)行。

Old Generation:老年代或者***代是堆內(nèi)存的第二個(gè)邏輯部分。當(dāng)垃圾回收器在做minor GC周期中，S1 survivor區(qū)中還活著的實(shí)例會(huì)被提升到老年代中。S1區(qū)中不再被引用的對(duì)象被標(biāo)記并清除。

Major GC:在Java垃圾回收過程中實(shí)例生命周期的***一個(gè)階段。Major GC在垃圾回收過程中掃描屬于Old Generation部分的堆內(nèi)存。如果實(shí)例沒有被任何引用關(guān)聯(lián)，它們將被標(biāo)記、清除;如果它們還被引用關(guān)聯(lián)著，則將繼續(xù)存留在old generation。

Memory

Fragmentation:一旦實(shí)例從堆內(nèi)存中刪除了，它們?cè)瓉淼奈恢脤⒖粘鰜斫o以后分配實(shí)例使用。顯然這些空閑空間很容易在內(nèi)存空間中產(chǎn)生碎片。為了能夠更快地分配實(shí)例地址，需要對(duì)內(nèi)存做去碎片化操作。根據(jù)不同垃圾回收器的策略，被回收的內(nèi)存將在回收的過程同時(shí)或者在GC另外獨(dú)立的過程中壓縮整合。

垃圾回收過程中的對(duì)象銷毀–Finalization

就在移除一個(gè)對(duì)象并回收它的內(nèi)存空間之前，Java垃圾回收器將會(huì)調(diào)用各個(gè)實(shí)例的finalize()方法，這樣實(shí)例對(duì)象就有機(jī)會(huì)可以釋放掉它占用的資源。盡管finalize()方法是保證在回收內(nèi)存空間之前執(zhí)行的，但是對(duì)具體的執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行順序是沒有任何保證的。多個(gè)實(shí)例之間的finalize()執(zhí)行順序是不能提前預(yù)知的，甚至有可能它們是并行執(zhí)行的。程序不應(yīng)該預(yù)先假設(shè)實(shí)例執(zhí)行finalize()的方法，也不應(yīng)該使用finalize()方法來回收資源。

1. 在finalize過程中拋出的任何異常都默認(rèn)被忽略掉了，同時(shí)對(duì)象的銷毀過程被取消
2. JVM規(guī)范并沒有討論關(guān)于弱引用的垃圾回收，這是明確聲明的。具體的細(xì)節(jié)留給實(shí)現(xiàn)者決定。
3. 垃圾回收是由守護(hù)進(jìn)程執(zhí)行的

對(duì)象何時(shí)變成可被垃圾回收的?

• 所有不能被活著的線程到達(dá)實(shí)例
• 不能被其他對(duì)象到達(dá)的循環(huán)引用對(duì)象 Java中有多種不同的引用類型。實(shí)例的可回收性取決于它的引用類型。

在編譯過程中Java編譯器有個(gè)優(yōu)化機(jī)制，編譯器可以選擇將null賦值給一個(gè)實(shí)例，這樣就將這個(gè)實(shí)例標(biāo)志為可被回收的。

class Animal { 
       public static void main(String[] args) { 
           Animal lion = new Animal(); 
           System.out.println("Main is completed."); 
       } 
 
       protected void finalize() { 
           System.out.println("Rest in Peace!"); 
       } 
   } 

在上面這個(gè)類中，實(shí)例lion在除了初始化那一行在其他地方都沒有被使用到。因此作為一種優(yōu)化方法，Java編譯器可以在初始化那一行后面立即賦值lion = null。這樣finlizer可能會(huì)在Main方法的SOP之前打印結(jié)果。

Rest in Peace! 
 
Main is completed. 

但結(jié)果的順序是不確定的，它取決于JVM的實(shí)現(xiàn)以及運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存使用情況。從中我們能知道的一點(diǎn)是：編譯器在發(fā)現(xiàn)一個(gè)實(shí)例的之后的程序中不再被引用時(shí)可以選擇提前釋放實(shí)例內(nèi)存。

• 這里有個(gè)實(shí)例何時(shí)變成可回收更好的例子。實(shí)例所有的屬性可以被存儲(chǔ)在寄存器中之后可以從寄存器中讀取這些屬性值，且未來在任何情況下都不會(huì)將值寫回到實(shí)例對(duì)象中。這樣盡管這個(gè)實(shí)例在未來還是被使用到了，但是實(shí)例對(duì)象依然可以被標(biāo)記為可回收的。
• 何時(shí)能被垃圾回收可以簡(jiǎn)單到僅僅認(rèn)為在賦值為null的時(shí)候也可以復(fù)雜到如上面那一點(diǎn)所說的那樣。JVM的實(shí)現(xiàn)者會(huì)做一些取舍。其目標(biāo)都是希望留下最少的痕跡，提高響應(yīng)時(shí)間增大吞吐量。為了能夠達(dá)到這些目的，JVM實(shí)現(xiàn)者可以在垃圾回收中選擇更好的模式或算法來回收內(nèi)存。
• 當(dāng)finalize()被調(diào)用的時(shí)候，JVM釋放掉當(dāng)前線程的所有同步塊。

Example Program for GC Scope

class GCScope { 
        GCScope t; 
        static int i = 1; 
 
        public static void main(String args[]) { 
            GCScope t1 = new GCScope(); 
            GCScope t2 = new GCScope(); 
            GCScope t3 = new GCScope(); 
            //沒有任何一個(gè)對(duì)象是可以被GC的 
            t1.t = t2;//沒有任何一個(gè)對(duì)象是可以被GC的 
            t2.t = t3;//沒有任何一個(gè)對(duì)象是可以被GC的 
            t3.t = t1;//沒有任何一個(gè)對(duì)象是可以被GC的 
 
            t1 = null;//沒有任何一個(gè)對(duì)象是可以被GC的,t3.t還有對(duì)t1的引用 
 
            t2 = null;//沒有任何一個(gè)對(duì)象是可以被GC的,t3.t.t還有對(duì)t2的引用 
            t3 = null;//所有3個(gè)對(duì)象都可以被GC(沒有一個(gè)被引用了） 
            //只有各個(gè)對(duì)象的變量t互相循環(huán)引用形成了一個(gè)孤立的引用環(huán)，而沒有外部引用 
        } 
 
        protected void finalize() { 
            System.out.println("Garbage collected from boject" + i); 
            i++; 
        } 
    } 

Example Program for GC OutOfMemoryError

垃圾回收機(jī)制并不保證發(fā)生內(nèi)存溢出時(shí)的安全，事實(shí)上內(nèi)存溢出將會(huì)導(dǎo)致程序的崩潰，拋出OutOfMemoryError。import java.util.LinkedList; 

import java.util.List; 
 
public class GC { 
    public static void main(String[] args[]) { 
        List l = new LinkedList(); 
        //進(jìn)入內(nèi)部***循環(huán)直接向鏈表中不斷添加元素 
        do { 
            l.add(new String("Hello, World!"); 
        } while (true); 
    } 
} 

 Output

Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space 
    at java.util.LinkedList.linkLast(LinkedList.java:142) 
    at java.util.LinkedList.add(LinkedList.java:338) 
    at com.javapapers.java.GCScope.main(GCScope.java:12)