Calvin技术文档

外观

一、什么是垃圾 ​

  • 垃圾 是指在运行程序中 没有任何指针指向的对象，这个 对象 就是需要 被回收的垃圾。
  • 如果不及时对内存中的垃圾进行清理，这些 垃圾对象占用内存空间会一直保留到应用程序结束，被保留的空间无法被其他对象使用，甚至可能 导致内存溢出。

二、如何回收垃圾 ​

  • 通过 GC 收集器进行垃圾回收。
  • GC 收集器产生背景，是有如下算法。

引用计数法 ​

注意: 在 java 中是没有使用引用计数法

  • 引用计数法产生背景：

    • 在某些编程语言中，对象的内存分配和释放是由开发者手动管理的。当一个对象不再被使用时，需要显式地释放它所占用的内存，否则可能会导致内存泄漏。

  • 当对象被 引用 时，计数器 加 1；

  • 当对象的引用被 解除时，计数器 减 1；

  • 当引计数器为 0 时，对象会被回收

在 Java 中，引用计数法并不是主要的内存管理技术，因为 Java 使用垃圾回收器（Garbage Collector）来自动管理对象的内存。垃圾回收器通过检测不再被引用的对象，并自动释放它们所占用的内存。

然而，为了了解引用计数法的工作原理，我们可以创建一个简单的示例来模拟引用计数的概念。请注意，这只是一个示例，不建议在实际开发中使用引用计数法。

java
package com.calvin.jvm.gc.algorithm;

/**
 * 引用计数对象
 *
 * @author calvin
 * @date 2023/10/08
 */
class ReferenceCountedObject {
    private int referenceCount;

    /**
     * 引用计数对象
     */
    public ReferenceCountedObject() {
        referenceCount = 0;
    }

    /**
     * 添加引用
     */
    public void addReference() {
        referenceCount++;
    }

    /**
     * 删除引用
     */
    public void removeReference() {
        referenceCount--;
    }

    /**
     * 获取引用计数
     *
     * @return int
     */
    public int getReferenceCount() {
        return referenceCount;
    }
}

/**
 * 引用计数示例
 *
 * @author calvin
 * @date 2023/10/08
 */
public class ReferenceCountingExample {

    /**
     * 主要
     *
     * @param args arg 参数
     */
    public static void main(String[] args) {

        ReferenceCountedObject obj1 = new ReferenceCountedObject();
        // 增加引用计数
        obj1.addReference();

        // obj2 引用 obj1
        ReferenceCountedObject obj2 = obj1;
        // 增加引用计数
        obj2.addReference();
        // 输出引用计数
        System.out.println("obj1 reference count: " + obj1.getReferenceCount());
        // 减少引用计数
        obj1.removeReference();
        System.out.println("obj1 reference count: " + obj1.getReferenceCount());

        // 减少引用计数
        obj2.removeReference();
        System.out.println("obj1 reference count: " + obj1.getReferenceCount());
    }
}

/**
 * 输出结果:
 *
 * obj1 reference count: 2
 * obj1 reference count: 1
 * obj1 reference count: 0
 */

在这个示例中，我们创建了一个名为 ReferenceCountedObject 的类，它包含一个引用计数器 referenceCount 。

  • 通过 addReference()方法增加引用计数，
  • 通过 removeReference() 方法减少引用计数。
  • getReferenceCount() 方法用于获取当前的引用计数。

在 ReferenceCountingExample 类的 main() 方法中，我们创建了一个 ReferenceCountedObject 对象 obj1 ，并增加了一个引用计数。然后，我们创建了另一个对象 obj2 ，并将其设置为引用 obj1 ，同时增加了一个引用计数。

最后，我们通过调用 removeReference() 方法来减少引用计数，并通过调用 getReferenceCount() 方法来获取当前的引用计数。输出结果将显示引用计数的变化。

请注意，这个示例只是为了演示引用计数法的概念，并不适用于实际的内存管理。在 Java 中，垃圾回收器会自动处理对象的内存释放，无需手动管理引用计数。

注意: 引用计数法存在无法处理循环引用的情况问题

可达性分析算法 ​

  • 判定对象是否存活的。

  • 该算法的基本思路就是通过一些被称为引用链（GC Roots）的对象作为起点。

  • 从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径被称为（Reference Chain)，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时（即从 GC Roots 节点到该节点不可达），则证明该对象是不可用的。

  • 例如：可达分析流程图

对象 object 5、object 6、object 7 虽然互有关联，但是它们到 GC Roots 是不可达的， 因此它们将会被判定为可回收的对象.

在 Java 技术体系里面，固定可作为GC Roots的对象包括以下几种：

  • 在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象, （例如: 各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等）。
  • 在方法区中类静态属性引用的对象，（例如: Java 类的引用类型静态变量）。
  • 在方法区中常量引用的对象，(例如: 字符串常量池（String Table）里的引用）。
  • 在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。
  • Java虚拟机内部的引用，(例如: 基本数据类型对应的 Class 对象，一些常驻的异常对象（比如 NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器)。
  • 所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。
  • 反映 Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存 等。

三、垃圾回收算法 ​

标记清除-算法 ​

  • 该算法从根对象（如全局变量、局部变量和静态字段）开始，递归遍历对象图，标记活动对象。标记阶段结束后，垃圾回收器会清理未被标记（不可达）的对象所占用的内存空间。
  • 产生问题: 存储空间不连续，碎片空间多
  • 一般应用于: 老年代对象

标记复制-算法 ​

  • 该算法将内存空间分为两个相等的部分："from"空间和 "to"空间。
  • 它从根对象开始，递归遍历对象图，将活动对象从 "from" 空间复制到 "to" 空间。复制阶段结束后，两个空间的角色互换，"from" 空间变为空。
  • 这种算法对于管理内存碎片化非常高效。
  • 产生问题: 多数对象存活，复制来复制去，将过多的消耗性能。同时浪费一半内存空间。
  • 一般应用于: 新生代对象

标记整理-算法 ​

  • 将存活对象进行移动当内存空间另外一端（整理），在清除存活对象边界以外的垃圾对象进行清除。（解决了浪费内存问题，让内存得到高效利用，同时解决了碎片化内存不连续的问题。）
  • 一般应用于: 老年代对象