JVM内存回收机制——哪些内存需要被回收（JVM学习系列2）

2023-01-02 11:52:23

　　上一篇文章中讨论了Java内存运行时的各个区域，其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈随线程生灭，且创建时需要多少内存，基本上在译期间就决定的了，所以在内存回收时无需特殊的关注。而堆和方法区则不同，首先堆中只能在运行时，随着方法的调用而确定创建哪些对象；方法区中也同样如此，常量池中的常量、加载的类信息也是随时在发生着变化且不可预知。所以说，JVM内存回收，主要针对的是这两部分的内容。

1、堆中“死”对象

　　笼统的说，没用的对象就是死对象。

1.1如何判定对象“已死”

1.1.1引用计数法

　　给对象添加一个引用计数器，当有其他对象引用该对象时，计数器+1；当引用失效时，计数器-1。原理简单，实现容易，听起来也不错。但这个算法无法解决对象间循环引用的问题。也就是说对象A引用了对象B，而对象B同时也引用了对象A，此时就形成了循环引用。这样两个对象就永远都不会被回收。主流的JVM中均没有采用这种算法。

1.1.2可达性分析

　　基本思路是找一些对象作为遍历的起始点（成为GC Roots），从这些起始点开始搜索，当某个对象并没有和任何GC Root产生关联，则认为这个对象已经不被使用了，可以清除。通常，可作为GC Root的对象有以下几种：

　　　　1）虚拟机栈，栈帧中的本地变量表中引用的对象

　　　　2）方法区中加载的类的静态属性引用的对象

　　　　3）方法区中常量引用的对象（疑问，方法区中的常量到底有哪些）

　　　　4）本地方法栈中引用的对象

　　由上可见，可作为GC Roots的对象基本上可以归类为全局性引用和执行上下文，而应用中这些对象实在太多，这就导致根节点的遍历（或者叫确定GC Roots）势必会消耗很多时间，那是如何确定GC Roots的呢？当前主流Java虚拟机使用的都是准确式GC，以HotSpot虚拟机为例，当系统确定GC Roots时，并不需要遍历整个方法区或者堆，而是知道哪些地方存放着对象的引用，这是有一个叫OopMap的数据结构来实现的。

1.2关于引用

　　上文谈到的引用，是我们平时经常谈到的、最直白的“引用”。在JDK1.2之前，“引用”的定义是：如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一个引用。这种定义非常的纯粹，非黑即白。在内存回收的时候也是，有用就留着，没用立刻删。但有一些场景，例如，当内存充足的时候，某块内存留着备用；内存不充足的时候，回收这块内存。这时纯粹的“引用”就没办法了。在JDK1.2之后，Java对引用进行了扩展，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用。

　　1）强引用：就是上面说的纯粹的引用

String str=new String("abc");

　　2）软引用：表示对象还有用，但不是必须的。内存不够用的时候，才会回收这些内存。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

String str=new String("abc");                                     // 强引用

SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 软引用

后续在垃圾回收时，JVM内部逻辑如下：

if(JVM.内存不足()) {

    str = null;  // 转换为软引用

    System.gc(); // 垃圾回收器进行回收

}

　　3）弱引用：表示对象还有用，但不是必须的，且不如软引用“硬”。只要发生垃圾回收，这些对象就会被回收。

String str=new String("abc");

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

后续在垃圾回收时，JVM内部逻辑如下：

str = null;

　　4）虚引用：最弱的引用，一个对象是否存在虚引用，并不影响其生存。为一个对象设置虚引用的唯一目的是在该对象被回收时，能够收到一个系统通知。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。

2、方法区内内存

　　JDK1.8之前方法区是放到永久代中实现的（HotSpot虚拟机）。对于堆中的内存回收，尤其是新生代，回收率能够达到70%~95%；而永久代中的回收率则非常低。也就是说，回收方法区内的内存性价比很低。但这块内存又不能没有垃圾回收机制，SUN公司就曾公布过关于方法区内存泄漏的严重BUG。

　　方法区中垃圾回收主要关注两部分：无用的常量和类。

　　常量的回收与堆中对象的回收机制类似，当某个常量没有被任何对象引用的时候，这个常量就没有用了，就可以被回收。举例，当前系统中找不到任何String对象引用了常量池中的的某个字符串常量：abcd，那么abcd这个常量就会被回收。同理，常量池中其他类、方法、字段的符号引用也与此类似。

　　回收类的效率非常低，但在当前企业级应用大量使用反射（Spring IOC，在bean注入的时候，通过反射实例化一个类，将其通过setter方法放到bean中）、动态代理（Spring AOP，AOP框架不会去修改字节码，而是在内存中临时为方法生成一个AOP对象，这个AOP对象包含了目标对象的全部方法，并且在特定的切点做了增强处理，并回调原对象的方法。）、CGLib（CGLib技术后续继续学习）等技术的前提下，类的回收也变得很重要。已加载类的回收条件非常苛刻，需要满足以下三个条件，才有可能被JVM回收：

　　　　1）该类产生的对象实例均被回收

　　　　2）加载该类的ClassLoader已经被回收（类加载机制后续继续学习）

　　　　3）该类的类对象没有在任何地方引用，无法反射出这个类的方法