淺談Java垃圾回收的實現過程

本教程是為了理解基本的Java垃圾回收以及它是如何工作的。這是垃圾回收教程系列的第二部分。希望你已經讀過了第一部分：《簡單介紹Java垃圾回收機制》。

Java垃圾回收是一項自動化的過程，用來管理程序所使用的運行時內存。通過這一自動化過程，JVM解除了程序員在程序中分配和釋放內存資源的開銷。

啟動Java垃圾回收

作為一個自動的過程，程序員不需要在代碼中顯示地啟動垃圾回收過程。 System.gc()和Runtime.gc()用來請求JVM啟動垃圾回收。

雖然這個請求機制提供給程序員一個啟動GC過程的機會，但是啟動由JVM負責。 JVM可以拒絕這個請求，所以並不保證這些調用都將執行垃圾回收。啟動時機的選擇由JVM決定，並且取決於堆內存中Eden區是否可用。 JVM將這個選擇留給了Java規範的實現，不同實現具體使用的算法不盡相同。

毋庸置疑，我們知道垃圾回收過程是不能被強制執行的。我剛剛發現了一個調用System.gc()有意義的場景。通過這篇文章了解一下適合調用System.gc()這種極端情況。

Java垃圾回收過程

垃圾回收是一種回收無用內存空間並使其對未來實例可用的過程。

Eden區：當一個實例被創建了，首先會被存儲在堆內存年輕代的Eden區中。

注意：如果你不能理解這些詞彙，我建議你閱讀這篇垃圾回收介紹，這篇教程詳細地介紹了內存模型、JVM架構以及這些術語。

Survivor區（S0和S1）：作為年輕代GC（MinorGC）週期的一部分，存活的對象（仍然被引用的）從Eden區被移動到Survivor區的S0中。類似的，垃圾回收器會掃描S0然後將存活的實例移動到S1中。

（譯註：此處不應該是Eden和S0中存活的都移到S1麼，為什麼會先移到S0再從S0移到S1？）

死亡的實例（不再被引用）被標記為垃圾回收。根據垃圾回收器（有四種常用的垃圾回收器，將在下一教程中介紹它們）選擇的不同，要么被標記的實例都會不停地從內存中移除，要么回收過程會在一個單獨的進程中完成。

老年代：老年代（Oldortenuredgeneration）是堆內存中的第二塊邏輯區。當垃圾回收器執行MinorGC週期時，在S1Survivor區中的存活實例將會被晉升到老年代，而未被引用的對像被標記為回收。

老年代GC（MajorGC）：相對於Java垃圾回收過程，老年代是實例生命週期的最後階段。 MajorGC掃描老年代的垃圾回收過程。如果實例不再被引用，那麼它們會被標記為回收，否則它們會繼續留在老年代中。

內存碎片：一旦實例從堆內存中被刪除，其位置就會變空並且可用於未來實例的分配。這些空出的空間將會使整個內存區域碎片化。為了實例的快速分配，需要進行碎片整理。基於垃圾回收器的不同選擇，回收的內存區域要么被不停地被整理，要么在一個單獨的GC進程中完成。

垃圾回收中實例的終結

在釋放一個實例和回收內存空間之前，Java垃圾回收器會調用實例各自的finalize()方法，從而該實例有機會釋放所持有的資源。雖然可以保證finalize()會在回收內存空間之前被調用，但是沒有指定的順序和時間。多個實例間的順序是無法被預知，甚至可能會並行發生。程序不應該預先調整實例之間的順序並使用finalize()方法回收資源。

任何在finalize過程中未被捕獲的異常會自動被忽略，然後該實例的finalize過程被取消。

JVM規範中並沒有討論關於弱引用的垃圾回收機制，也沒有很明確的要求。具體的實現都由實現方決定。

垃圾回收是由一個守護線程完成的。

對象什麼時候符合垃圾回收的條件？

所有實例都沒有活動線程訪問。

沒有被其他任何實例訪問的循環引用實例。

Java中有不同的引用類型。判斷實例是否符合垃圾收集的條件都依賴於它的引用類型。

在編譯過程中作為一種優化技術，Java 編譯器能選擇給實例賦null 值，從而標記實例為可回收。

 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!"); }}

在上面的類中，lion對像在實例化行後從未被使用過。因此Java編譯器作為一種優化措施可以直接在實例化行後賦值lion=null。因此，即使在SOP輸出之前，finalize函數也能夠打印出'RestinPeace!'。我們不能證明這確定會發生，因為它依賴JVM的實現方式和運行時使用的內存。然而，我們還能學習到一點：如果編譯器看到該實例在未來再也不會被引用，能夠選擇並提早釋放實例空間。

關於對象什麼時候符合垃圾回收有一個更好的例子。實例的所有屬性能被存儲在寄存器中，隨後寄存器將被訪問並讀取內容。無一例外，這些值將被寫回到實例中。雖然這些值在將來能被使用，這個實例仍然能被標記為符合垃圾回收。這是一個很經典的例子，不是嗎？

當被賦值為null時，這是很簡單的一個符合垃圾回收的示例。當然，複雜的情況可以像上面的幾點。這是由JVM實現者所做的選擇。目的是留下盡可能小的內存佔用，加快響應速度，提高吞吐量。為了實現這一目標，JVM的實現者可以選擇一個更好的方案或算法在垃圾回收過程中回收內存空間。

當finalize()方法被調用時，JVM會釋放該線程上的所有同步鎖。

GCScope示例程序

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();// No Object Is Eligible for GCt1.t = t2;// No Object Is Eligible for GCt2.t = t3;// No Object Is Eligible for GCt3.t = t1;// No Object Is Eligible for GCt1 = null;// No Object Is Eligible for GC (t3.t still has a reference to t1)t2 = null;// No Object Is Eligible for GC (t3.tt still has a reference to t2)t3 = null;// All the 3 Object Is Eligible for GC (None of them have a reference.// only the variable t of the objects are referring each other in a// rounded fashion forming the Island of objects with out any external// reference)}protected void finalize() {System.out.println("Garbage collected from object" + i);i++;}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();// 沒有對象符合GCt1.t = t2;// 沒有對象符合GCt2.t = t3;// 沒有對象符合GCt3.t = t1;// 沒有對象符合GCt1 = null;// 沒有對象符合GC (t3.t 仍然有一個到t1 的引用)t2 = null;// 沒有對象符合GC (t3.tt 仍然有一個到t2 的引用)t3 = null;// 所有三個對像都符合GC (它們中沒有一個擁有引用。// 只有各對象的變量t 還指向了彼此，// 形成了一個由對象組成的環形的島，而沒有任何外部的引用。)}protected void finalize() {System.out.println("Garbage collected from object" + i);i++;}

GC OutOfMemoryError 的示例程序

GC並不保證內存溢出問題的安全性，粗心寫下的代碼會導致OutOfMemoryError。

 import java.util.LinkedList;import java.util.List;public class GC {public static void main(String[] main) {List l = new LinkedList();// Enter infinite loop which will add a String to the list: l on each// iteration.do {l.add(new String("Hello, World"));}while (true);}}

輸出：

 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)

總結

以上就是本文關於淺談Java垃圾回收的實現過程的全部內容，希望對大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續參閱本站其他相關專題，如有不足之處，歡迎留言指出。感謝朋友們對本站的支持！