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深入理解JVM的垃圾收集（GC）机制

news 2025/7/12 13:59:56

引言

首先我们来介绍垃圾收集的概念，什么是垃圾收集？

垃圾收集（Garbage Collection，GC），顾名思义就是释放垃圾占用的空间，防止内存爆掉。有效的使用可以使用的内存，对内存堆中已经死亡的或者长时间没有使用的对象进行清除和回收。

垃圾收集需要完成的三件事情：
哪些是垃圾？
怎么样回收？
什么时间回收？

既然JVM要进行垃圾收集，首先就要判定哪些是垃圾？

1. 哪些是垃圾

我们要判定哪些对象还“存活”着，哪些已经“死去”，有两种算法：引用计数法和可达性分析。

1.1 脑门刻字法- 引用计数法

思路：
在对象中添加一个引用计数器，通过计数器的加一减一操作，引用就加一，失效就减一。为零就回收。

引用计数算法看似很美好，但实际上它存在一个很大的问题，那就是无法解决循环依赖的问题。

public static void testGC() {
ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
// 假设在这行发生GC，objA和objB是否能被回收？
System.gc();
}

如果a和b相互引用，然后将这两个对象的引用设置为 null，理论上它们会在接下来被垃圾回收器回收。但由于它们相互引用着对方，导致它们的引用计数永远都不会为 0，通过引用计数算法，也就永远无法通知 GC 收集器回收它们。

1.2 平地长树法-可达性分析

思路：
大白话就是：只要与GC Roots根对象关联上，就不回收。
正式的话就是：通过 GC Roots 作为起点，然后向下搜索，搜索走过的路径被称为 Reference Chain（引用链），当一个对象到 GC Roots 之间没有任何引用相连时，即从 GC Roots 到该对象节点不可达，则证明该对象是需要垃圾收集的。

所谓的 GC Roots，就是一组必须活跃的引用，不是对象，它们是程序运行时的起点，是一切引用链的源头。在 Java 中，GC Roots 包括以下几种：
虚拟机栈中的引用（方法的参数、局部变量等）
本地方法栈中 JNI （Java Native Interface）的引用
类静态变量
运行时常量池中的常量（String 或 Class 类型）

2. 怎么样回收

2.1 分代假说

分代收集理论

比如：有一堆2分钟就要被清理的和一堆两个小时的被清理的。分成两堆

        强分代假说：活得越久的，就越倾向于活下去老年代占2
        弱分代假说：大部分朝生夕灭。新生代占1
        跨代引用假说：仅占极少数（死的贼快的早死了，死的慢的就直接老年代了。）
实现：在新生代建立一个全局的数据结构，这个结构把老年代划分成若干个小块，标识出老年代的哪一块内存会存在跨代引用。包含了跨代引用小块内存的对象会被加入GCRoots。