1_Java虚拟机（垃圾收集器和算法）.pdf

Java虚拟机（JVM）是运行Java程序的核心环境，它负责解释执行Java字节码，管理和分配内存，以及进行垃圾收集等任务。本文详细探讨了JVM中的垃圾收集器和垃圾收集算法，以帮助开发者深入理解Java虚拟机的内部运作机制。 垃圾收集（GC，Garbage Collection）是JVM的一个重要功能，用于自动释放不再使用的对象所占用的内存空间，以防止内存泄漏和溢出。垃圾收集器的工作机制通常基于特定的垃圾收集算法。 引用计数法是一种简单的垃圾收集算法，它为每个对象维护一个引用计数器，每当有新的引用指向该对象时，计数器加一；当引用失效时，计数器减一。当对象的引用计数器为零时，表示该对象不再被任何引用，可以被回收。然而，这种算法无法处理对象间的循环引用问题，导致难以在主流虚拟机中实施。 可达性分析算法是另一种更常用的垃圾收集算法，该算法以一组被称为GC Roots的对象作为起点，向下搜索引用链，如果一个对象没有任何GC Roots引用链相连，则该对象被认为是不可达的，可以被回收。GC Roots包括虚拟机栈中的局部变量表、方法区中的类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象和本地方法引用的对象等。 在判断常量是否废弃时，如果常量池中的常量没有被任何对象引用，那么它就被认为是废弃常量，可能被垃圾收集器回收。 类的卸载需要满足特定条件，比如该类的所有实例都已被回收，加载该类的ClassLoader已被回收，且该类对应的Class对象在任何地方都没有引用。 垃圾收集算法包括标记-清除、复制、标记-整理等算法。标记-清除算法通过标记需要回收的对象，然后统一清除标记的对象来回收内存。这种算法存在效率和空间碎片化的问题。复制算法则将内存分为两块相等的区域，每次只使用其中一块，当一块区域满时，将存活的对象复制到另一块区域，然后清理使用过的区域，从而解决了效率问题，但增加了空间的使用率。标记-整理算法在标记后不直接清除，而是让所有存活的对象向一段移动，然后直接清理掉边界以外的内存，这样减少了内存碎片化。 分代收集算法是目前商用虚拟机普遍采用的策略，它根据对象的存活周期将内存分为新生代和老年代，新生代适合使用复制算法，而老年代适合使用标记-清除或标记-整理算法。 JVM规范并没有规定垃圾收集器的实现方式，因为不同的应用场景需要不同的垃圾收集器。Serial收集器是最基础的收集器，是一个单线程收集器，它在垃圾收集时会暂停其他所有工作线程，这种现象称为"Stop The World"。尽管Serial收集器在用户等待时会暂停应用的响应，但它在简单的应用场景中效率较高，且新生代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法，保证了垃圾收集的高效性。 垃圾收集器的具体实现多种多样，包括Minor GC、Young GC、Full GC、Major GC和Old GC等。Minor GC主要回收新生代空间，Full GC则对整个堆进行垃圾回收，而Old GC一般与Full GC等价，但更强调老年代。 了解这些垃圾收集器和算法是深入理解Java虚拟机性能优化的基础，有助于开发者更有效地编写Java代码和配置虚拟机参数，从而提升应用的性能和稳定性。