實例分析內(nèi)存回收機制在java中的應(yīng)用

　　在Java中，它的內(nèi)存管理包括兩方面：內(nèi)存分配（創(chuàng)建Java對象的時候）和內(nèi)存回收，這兩方面工作都是由JVM自動完成的，降低了Java程序員的學(xué)習(xí)難度，避免了像C/C++直接操作內(nèi)存的危險。但是，也正因為內(nèi)存管理完全由JVM負責(zé)，所以也使Java很多程序員不再關(guān)心內(nèi)存分配，導(dǎo)致很多程序低效，耗內(nèi)存。因此就有了Java程序員到最后應(yīng)該去了解JVM，才能寫出更高效，充分利用有限的內(nèi)存的程序。

　　1.Java在內(nèi)存中的狀態(tài)

　　首先我們先寫一個代碼為例子：

　　Person.java

　　packagetest; importjava.io.Serializable;publicclassPersonimplementsSerializable{staticfinallongserialVersionUID = 1L; String name; // 姓名Person friend; //朋友publicPerson（） {} publicPerson（String name） { super（）;this.name = name; } }

　　Test.java

　　package test; publicclassTest{ publicstaticvoidmain（String［］ args） { Person p1 =newPerson（ “Kevin”）; Person p2 = newPerson（ “Rain”）; Person p3 = newPerson（“Sunny”）; p1.friend = p2; p3 = p2; p2 = null; } }

　　把上面Test.java中main方面里面的對象引用畫成一個從main方法開始的對象引用圖的話就是這樣的（頂點是對象和引用，有向邊是引用關(guān)系）：

　　當(dāng)程序運行起來之后，把它在內(nèi)存中的狀態(tài)看成是有向圖后，可以分為三種：

　　1）可達狀態(tài)：在一個對象創(chuàng)建后，有一個以上的引用變量引用它。在有向圖中可以從起始頂點導(dǎo)航到該對象，那它就處于可達狀態(tài)。

　　2）可恢復(fù)狀態(tài)：如果程序中某個對象不再有任何的引用變量引用它，它將先進入可恢復(fù)狀態(tài)，此時從有向圖的起始頂點不能再導(dǎo)航到該對象。在這個狀態(tài)下，系統(tǒng)的垃圾回收機制準備回收該對象的所占用的內(nèi)存，在回收之前，系統(tǒng)會調(diào)用finalize（）方法進行資源清理，如果資源整理后重新讓一個以上引用變量引用該對象，則這個對象會再次變?yōu)榭蛇_狀態(tài)；否則就會進入不可達狀態(tài)。

　　3）不可達狀態(tài)：當(dāng)對象的所有關(guān)聯(lián)都被切斷，且系統(tǒng)調(diào)用finalize（）方法進行資源清理后依舊沒有使該對象變?yōu)榭蛇_狀態(tài)，則這個對象將永久性失去引用并且變成不可達狀態(tài)，系統(tǒng)才會真正的去回收該對象所占用的資源。

　　上述三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換圖如下：

　　2.Java對對象的4種引用

　　1）強引用：創(chuàng)建一個對象并把這個對象直接賦給一個變量，eg ：Person person = new Person（“sunny”）; 不管系統(tǒng)資源有么的緊張，強引用的對象都絕對不會被回收，即使他以后不會再用到。

　　2）軟引用：通過SoftReference類實現(xiàn)，eg ： SoftReference p = new SoftReference（new Person（“Rain”））;，內(nèi)存非常緊張的時候會被回收，其他時候不會被回收，所以在使用之前要判斷是否為null從而判斷他是否已經(jīng)被回收了。

　　3）弱引用 ：通過WeakReference類實現(xiàn)，eg ： WeakReference p = new WeakReference（new Person（“Rain”））;不管內(nèi)存是否足夠，系統(tǒng)垃圾回收時必定會回收。

　　4）虛引用 ：不能單獨使用，主要是用于追蹤對象被垃圾回收的狀態(tài)。通過PhantomReference類和引用隊列ReferenceQueue類聯(lián)合使用實現(xiàn)，eg ：

　　packagetest; importjava.lang.ref.PhantomReference;importjava.lang.ref.ReferenceQueue; /** * Java學(xué)習(xí)交流QQ群：589809992 我們一起學(xué)Java！ */publicclassTest{publicstaticvoidmain（String［］ args） { //創(chuàng)建一個對象Person person = newPerson（ “Sunny”）; //創(chuàng)建一個引用隊列 ReferenceQueue《Person》 rq =newReferenceQueue《Person》（）; //創(chuàng)建一個虛引用，讓此虛引用引用到person對象PhantomReference《Person》 pr = newPhantomReference《Person》（person， rq）; //切斷person引用變量和對象的引用person = null; //試圖取出虛引用所引用的對象//發(fā)現(xiàn)程序并不能通過虛引用訪問被引用對象，所以此處輸出為nullSystem.out.println（pr.get（））; //強制垃圾回收System.gc（）; System.runFinalization（）; //因為一旦虛引用中的對象被回收后，該虛引用就會進入引用隊列中//所以用隊列中最先進入隊列中引用與pr進行比較，輸出trueSystem.out.println（rq.poll（） == pr）; } }

　　運行結(jié)果：

　　3.Java垃圾回收機制

　　其實Java垃圾回收主要做的是兩件事：1）內(nèi)存回收 2）碎片整理

　　3.1垃圾回收算法

　　1）串行回收（只用一個CPU）和并行回收（多個CPU才有用）：串行回收是不管系統(tǒng)有多少個CPU，始終只用一個CPU來執(zhí)行垃圾回收操作，而并行回收就是把整個回收工作拆分成多個部分，每個部分由一個CPU負責(zé)，從而讓多個CPU并行回收。并行回收的執(zhí)行效率很高，但復(fù)雜度增加，另外也有一些副作用，如內(nèi)存碎片增加。

　　2）并發(fā)執(zhí)行和應(yīng)用程序停止 ：應(yīng)用程序停止（Stop-the-world）顧名思義，其垃圾回收方式在執(zhí)行垃圾回收的同時會導(dǎo)致應(yīng)用程序的暫停。并發(fā)執(zhí)行的垃圾回收雖然不會導(dǎo)致應(yīng)用程序的暫停，但由于并發(fā)執(zhí)行垃圾需要解決和應(yīng)用程序的執(zhí)行沖突（應(yīng)用程序可能在垃圾回收的過程修改對象），因此并發(fā)執(zhí)行垃圾回收的系統(tǒng)開銷比Stop-the-world高，而且執(zhí)行時需要更多的堆內(nèi)存。

　　3）壓縮和不壓縮和復(fù)制 ：

　?、僦С謮嚎s的垃圾回收器（標記-壓縮 = 標記清除+壓縮）會把所有的可達對象搬遷到一端，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存，減少了內(nèi)存碎片。

　?、诓粔嚎s的垃圾回收器（標記-清除）要遍歷兩次，第一次先從跟開始訪問所有可達對象，并將他們標記為可達狀態(tài)，第二次便利整個內(nèi)存區(qū)域，對未標記可達狀態(tài)的對象進行回收處理。這種回收方式不壓縮，不需要額外內(nèi)存，但要兩次遍歷，會產(chǎn)生碎片

　?、蹚?fù)制式的垃圾回收器：將堆內(nèi)存分成兩個相同空間，從根（類似于前面的有向圖起始頂點）開始訪問每一個關(guān)聯(lián)的可達對象，將空間A的全部可達對象復(fù)制到空間B，然后一次性回收空間A。對于該算法而言，因為只需訪問所有的可達對象，將所有的可達對象復(fù)制走之后就直接回收整個空間，完全不用理會不可達對象，所以遍歷空間的成本較小，但需要巨大的復(fù)制成本和較多的內(nèi)存。

　　3.2堆內(nèi)存的分代回收

　　1）分代回收的依據(jù)：

　　①對象生存時間的長短：大部分對象在Young期間就被回收

　?、诓煌扇〔煌睦厥詹呗裕盒拢ㄉ鏁r間短）老（生存時間長）對象之間很少存在引用

　　2）堆內(nèi)存的分代：

　?、資oung代 ：

　?、窕厥諜C制 ：因為對象數(shù)量少，所以采用復(fù)制回收。

　?、蚪M成區(qū)域 ：由1個Eden區(qū)和2個Survivor區(qū)構(gòu)成，同一時間的兩個Survivor區(qū)，一個用來保存對象，另一個是空的；每次進行Young代垃圾回收的時候，就把Eden，F(xiàn)rom中的可達對象復(fù)制到To區(qū)域中，一些生存時間長的就復(fù)制到了老年代，接著清除Eden，F(xiàn)rom空間，最后原來的To空間變?yōu)镕rom空間，原來的From空間變?yōu)門o空間。

　?、髮ο髞碓?：絕大多數(shù)對象先分配到Eden區(qū)，一些大的對象會直接被分配到Old代中。

　?、艋厥疹l率 ：因為Young代對象大部分很快進入不可達狀態(tài)，因此回收頻率高且回收速度快

　?、贠ld代 ：

　?、窕厥諜C制 ：采用標記壓縮算法回收。

　?、?qū)ο髞碓?：1.對象大直接進入老年代。

　　2.Young代中生存時間長的可達對象

　?、蠡厥疹l率 ：因為很少對象會死掉，所以執(zhí)行頻率不高，而且需要較長時間來完成。

　?、跴ermanent代 ：

　　Ⅰ用 途 ：用來裝載Class，方法等信息，默認為64M，不會被回收

　?、?qū)ο髞碓?：eg：對于像Hibernate，Spring這類喜歡AOP動態(tài)生成類的框架，往往會生成大量的動態(tài)代理類，因此需要更多的Permanent代內(nèi)存。所以我們經(jīng)常在調(diào)試Hibernate，Spring的時候經(jīng)常遇到j(luò)ava.lang.OutOfMemoryError:PermGen space的錯誤，這就是Permanent代內(nèi)存耗盡所導(dǎo)致的錯誤。

　　Ⅲ回收頻率 ：不會被回收

　　3.3常見的垃圾回收器

　　在此之前，我們先講一下下面將會涉及到的并發(fā)和并行兩個詞的解釋：

　　1）并行：指多條垃圾收集線程并行工作，但此時用戶線程仍然處于等待狀態(tài)；

　　2）并發(fā)：指用戶線程與 垃圾收集線程同時執(zhí)行（但不一定是并行的，可能會交替執(zhí)行），用戶程序繼續(xù)執(zhí)行，而垃圾收集程序運行于另一個CPU上。

　　好啦，繼續(xù)講垃圾回收器：

　　1）串行回收器（只使用一個CPU）：Young代采用串行復(fù)制算法；Old代使用串行標記壓縮算法（三個階段：標記mark—清除sweep—壓縮compact），回收期間程序會產(chǎn)生暫停。

　　2）并行回收器：對Young代采用的算法和串行回收器一樣，只是增加了多CPU并行處理； 對Old代的處理和串行回收器完全一樣，依舊是單線程。

　　3）并行壓縮回收器：對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；只是對Old代采用了不同的算法，其實就是劃分不同的區(qū)域，然后進行標記壓縮算法：

　?、?將Old代劃分成幾個固定區(qū)域；

　?、?mark階段（多線程并行），標記可達對象；

　　③ summary階段（串行執(zhí)行），從最左邊開始檢驗知道找到某個達到數(shù)值（可達對象密度?。┑膮^(qū)域時，此區(qū)域及其右邊區(qū)域進行壓縮回收，其左端為密集區(qū)域

　?、?compact階段（多線程并行），識別出需要裝填的區(qū)域，多線程并行的把數(shù)據(jù)復(fù)制到這些區(qū)域中。經(jīng)此過程后，Old代一端密集存在大量活動對象，另一端則存在大塊空間。

　　4）并發(fā)標識—清理回收（CMS）：對Young代處理采用與并行回收器完全一樣的算法；只是對Old代采用了不同的算法，但歸根待地還是標記清理算法：

　?、?初始標識（程序暫停）：標記被直接引用的對象（一級對象）；

　?、?并發(fā)標識（程序運行）：通過一級對象尋找其他可達對象；

　?、?再標記（程序暫停）：多線程并行的重新標記之前可能因為并發(fā)而漏掉的對象（簡單的說就是防遺漏）

　　④ 并發(fā)清理（程序運行）

　　4.內(nèi)存管理小技巧

　　1）盡量使用直接量，eg：String javaStr = “小學(xué)徒的成長歷程”;

　　2）使用StringBuilder和StringBuffer進行字符串連接等操作;

　　3）盡早釋放無用對象;

　　4）盡量少使用靜態(tài)變量;

　　5）緩存常用的對象：可以使用開源的開源緩存實現(xiàn)，eg：OSCache，Ehcache;

　　6）盡量不使用finalize（）方法;

　　7）在必要的時候可以考慮使用軟引用SoftReference。