眾說周知，Java與C++同為支持面向?qū)ο蟮恼Z言，但他們對內(nèi)存的管理方式卻有很大的不同。C++開發(fā)者往往需要手動調(diào)用內(nèi)存分配函數(shù)對內(nèi)存進行分配，并在使用完這塊內(nèi)存之后，手動進行釋放。而Java開發(fā)者一般來說不需要關(guān)心內(nèi)存是如何進行分配的，只需要將精力放在業(yè)務(wù)開發(fā)上。究其原因，是因為Java擁有垃圾回收機制，旨在自動化的對內(nèi)存進行管理。筆者在這里并不想就這兩門語言的內(nèi)存管理機制進行比較，兩者的內(nèi)存管理方式各有優(yōu)劣。這里，筆者想介紹一下Java的內(nèi)存回收機制，以及Java的垃圾收集器。

在詳細(xì)介紹Java的垃圾回收機制之前，首先我們需要明確3三件事情，即：

• 哪些內(nèi)存需要回收？
• 什么時候回收？
• 如何回收？

哪些內(nèi)存需要回收？

在前面我們介紹過了Java內(nèi)存區(qū)域，在里面有簡單的涉及到一點兒內(nèi)存回收的知識，強調(diào)了對方法區(qū)和Java堆的內(nèi)存回收的必要。那么其他的內(nèi)存需要進行內(nèi)存回收嗎？準(zhǔn)確來說，對所有Java內(nèi)存區(qū)域都需要進行內(nèi)存回收。只不過，程序計數(shù)器、虛擬機棧、本地方法棧這3個區(qū)域隨線程而生，隨線程而滅，線程銷毀的時候，與之對應(yīng)的這三個區(qū)域的內(nèi)存就會被回收，整個過程都是確定的行為，其所需的內(nèi)存基本上在類結(jié)構(gòu)確定下來時就已知了。而方法區(qū)和Java堆不一樣，一個接口中的多個實現(xiàn)類需要的內(nèi)存可能不一樣，一個方法中的多個分支需要的內(nèi)存可能不一樣，這部分內(nèi)存的大小只能在運行時才能知道，對這部分內(nèi)存的分配與回收是動態(tài)的過程，是不確定的。因此，垃圾回收器主要是關(guān)注這部分的內(nèi)存。

什么時候回收？

在上一個問題中，我們明白了Java的垃圾回收主要是針對Java堆和方法區(qū)進行回收，因此，針對這兩個區(qū)域，來討論什么時候進行內(nèi)存回收。

Java堆

判斷對象是否需要回收的方式一般有兩種：引用計數(shù)算法和可達性分析算法。

引用計數(shù)算法，故名思義，它主要根據(jù)對象被引用的情況來判斷對象是否需要回收。如果一個對象沒有被任何一個對象引用的話，則判定這個對象需要被回收。具體來說，就是在一個對象實例被創(chuàng)建的時候，對這個對象實例被引用的情況進行計數(shù)，每次對象被引用，就將引用計數(shù)器加1，當(dāng)引用結(jié)束的時候，將引用計數(shù)器減1，直到引用計數(shù)器歸零，就進行回收。

引用計數(shù)法是一個很簡單的算法，易于實現(xiàn)，效率也高。但是卻有一個弊端，當(dāng)出現(xiàn)兩個對象互相引用的時候，引用計數(shù)器永遠無法歸零，那么就永遠無法被回收，所以主流的Java虛擬機都沒有選擇這個算法。目前來說，主流的實現(xiàn)方式是可達性分析算法。

可達性分析算法是通過可達性分析來判定對象是否需要被回收的。這個算法的基本思想路就是通過一系列的稱為“GC Roots”的對象作為起始點，從這些節(jié)點開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，則證明此對象是不可用的。

在Java語言中，可作為GC Roots的對象包括下面幾種：

• 虛擬機中引用的對象
• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象
• 方法區(qū)中常量引用的對象
• 本地方法棧中JNI引用的對象

無論是引用計數(shù)算法還是可達性分析算法，其算法都與“引用”有關(guān)。在JDK1.2之后，Java將引用分為了強引用、軟引用、弱引用和虛引用4種，這4種引用強度依次減弱：

• 強引用簡單來說就是“Object obj=new Object()”這類引用，只要強引用還存在，垃圾收集器永遠不會回收掉被引用的對象。
• 軟引用是用來描述一些還有用但并非必需的對象。對于這樣的對象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出之前，將會把這些對象列進回收范圍之中進行第二次回收。如果這次回收還有足夠的內(nèi)存，才會拋出內(nèi)存溢出異常。在JDK1.2之后，提供了SoftReference類來實現(xiàn)軟引用。
• 弱引用也是用來描述非必需對象的，但是它的強度比軟引用更弱，被弱引用關(guān)聯(lián)的對象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前。當(dāng)垃圾收集器工作時，無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。在JDK1.2之后，提供了WeakReference類來實現(xiàn)弱引用。
• 虛引用也稱為幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。一個對象是否有虛引用的存在，完全不會對其生存時間構(gòu)成影響，也無法通過虛引用來取得一個對象實例。為一個對象設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的就是能在這個對象被收集器回收時收到一個系統(tǒng)通知。在JDK1.2之后，提供了PhantomReference類來實現(xiàn)虛引用。

方法區(qū)

方法區(qū)也被稱為永久代，很多人認(rèn)為永久代是不需要被回收的，Java虛擬機規(guī)范也沒有明確要求永久代需要被回收，但就實際情況而言，對永久代的回收是一個必須的過程，盡管永久代的回收效率相對來說很低。

永久代的垃圾收集主要回收兩部分內(nèi)容：廢棄常量和無用的類。

回收廢棄常量的過程和回收J(rèn)ava堆中的對象非常類似。當(dāng)常量池中的常量沒有被引用的時候，該常量就被判定為廢棄常量，可以進行回收。

判定一個常量是否是“廢棄常量”比較簡單，判定一個類是否是“無用的類”就比較困難了。類需要同時滿足下面3個條件才能算是“無用的類”：

• 該類所有的實例都已經(jīng)被回收，也就是Java堆中不存在該類的任何實例。
• 加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收。
• 該類對應(yīng)的java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。

虛擬機可以對滿足上述3個條件的無用類進行回收，但是否對類進行回收，HotSpot虛擬機提供了-Xnoclassgc參數(shù)進行控制，還可以使用-verbose:class以及-XX:+TraceClassLoading、-XX:+TraceClassUnLoading查看類加載和卸載信息，其中-verbose:class和-XX:+TraceClassLoading可以在Product版的虛擬機中使用，-XX:+TraceClassUnLoading參數(shù)需要FastDebug版的虛擬機支持。

在大量使用反射、動態(tài)代理、CGLib等ByteCode框架、動態(tài)生成JSP以及OSGI這類頻繁自定義ClassLoader的場景都需要虛擬機具備類卸載的功能，以保證永久代不會溢出。

如何回收？

垃圾收集算法，主要有以下幾種：標(biāo)記-清除算法、復(fù)制算法、標(biāo)記-整理算法。

標(biāo)記-清除算法

標(biāo)記-清除算法是最基礎(chǔ)的收集算法，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象。之所以說它是最基礎(chǔ)的收集算法，是因為其他算法都是基于其上對其不足之處的改進。它的主要不足有兩個：一個效率問題，標(biāo)記和清除兩個過程的效率都不高；另一個是空間問題，標(biāo)記清除之后會產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多可能會導(dǎo)致以后在程序運行過程中需要分配較大對象時，無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動作。

復(fù)制算法

復(fù)制算法是用來解決標(biāo)記-清除算法的效率問題，它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只能使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對象復(fù)制到另一塊上面，然后再把已使用過的空間一次清理到。這樣使得每次都是對這個半?yún)^(qū)進行內(nèi)存回收，內(nèi)存分配時也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況。只是這種算法的代價是將內(nèi)存縮小為原來的一半，未免有點高。

現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機都采用這種收集算法來回收新生代，因為實際上98%的對象都是“朝生夕死”，所以根本不需要按照1:1的比例來劃分內(nèi)存空間。因此，在內(nèi)存劃分的時候，將內(nèi)存劃分一塊Eden區(qū)域和兩塊Survivor區(qū)域，Eden區(qū)域和Survivor區(qū)域的比例默認(rèn)是8:1，也就是說，每次新生代中可用內(nèi)存空間為整個新生代容量的90%(80%+10%)，只有10%的內(nèi)存會被浪費，這是可以接受的。

標(biāo)記-整理算法

標(biāo)記-整理算法是為了解決復(fù)制算法在對象存活率較高時就要進行較多的復(fù)制操作，效率變低以及大量空間浪費，所以在老年代一般不能直接選用這種算法。標(biāo)記-整理算法的標(biāo)記過程與標(biāo)記-清除算法一樣，但并不馬上對內(nèi)存進行回收，而是先讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存，也就是把存活的對象進行了整理，減少了內(nèi)存碎片。

分代收集算法

分代收集算法說白了就是根據(jù)對象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊，比如說老年代和新生代，然后根據(jù)不同區(qū)域的特點采用不同的收集算法。一般對新生代采用復(fù)制算法，對老年代采用標(biāo)記-清理算法或者標(biāo)記-整理算法。