面向对象 - Java机制与优化

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垃圾回收机制（Garbage Collection）

    • 垃圾回收过程：垃圾回收机制保证可以将“无用的对象”进行回收，无用的对象指的就是没有任何变量引用该对象，Java的垃圾回收器通过相关算法发现无用对象，并进行清除和整理。
    • 垃圾回收相关算法：
      • 引用计数法：堆中每个对象都有一个引用计数，被引用一次，计数加1。被引用变量值变为null，则计数减1，直到计数为0，则表示变成无用对象。优点是算法简单，缺点是“循环引用的无用对象”无法别识别。 
        // 循环引用示例
public class test {
  String name;
  Student friend;
  public static void main(String[] args){
    Student s1 = new Student();
    Student s2 = new Student();
    // 互相引用，导致他们引用计数不为0，但是实际已经无用，但无法被识别。
    s1.friend = s2;
    s2.friend = s1;
    s1 = null;
    s2 = null;
  }
}
    • 引用可达法（根搜索算法）：程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。

分代垃圾回收机制

    • 分代垃圾回收机制：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的回收算法，以便提高回收效率。将对象分为三种状态：年轻代、年老代、持久代。JVM将堆内存划分为 Eden、Survivor 和 Tenured/Old 空间。
      • 年轻代：年轻代分为1个Eden区和2个Survivor区，所有新生成的对象首先都是放在Eden区。 年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象，对应的是Minor GC，每次 Minor GC 会清理年轻代的内存，算法采用效率较高的复制算法，频繁的操作，但是会浪费内存空间。当“年轻代”区域存放满对象后，就将对象存放到年老代区域。
      • 老年代：老年代分为1个Tenured（Old）区，在年轻代中经历了N（默认15）次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。年老代对象越来越多，就需要启动Major GC和Full GC（全量回收），来一次大扫除，全面清理年轻代区域和年老代区域。
      • 持久代：在方法区，用于存放静态文件，如Java类、方法等，对垃圾回收没有显著影响。
    • 垃圾回收过程：
      • 新创建的对象，绝大多数都会存储在Eden区
      • 当Eden区满了（达到一定比例）不能创建新对象，则触发Minor GC，将无用对象清理掉，然后剩余对象利用复制算法（coping）复制到某个Survivor区中，如S1（或S2，都可以），然后清空Eden区
      • 当Eden区再次满了，会将S1中的不能清空的对象存到另外一个Survivor中，例如S2，然后清空S1区；接着将Eden区中不能清空的对象，复制到Survivor区中，清空Eden区
      • 重复多次（默认15次）Survivor中没有被清理的对象，则会复制到老年代Tenured（Old）区中
      • 当老年代Tenured区达到一定比例，会触发Major GC；满了后则触发FullGC
    • 垃圾回收算法：
      • Minor GC：用于清理年轻代区域。Eden区满了就会触发一次Minor GC。清理无用对象，将有用对象复制到“Survivor1”、“Survivor2”区中（这两个区，大小空间也相同，同一时刻Survivor1和Survivor2只有一个在用，一个为空）。
      • Major GC：用于清理老年代区域。
      • Full GC：用于清理年轻代、年老代区域。 成本较高，会对系统性能产生较大影响。

JVM调优

    • JVM调优：在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于Full GC的调节。有如下原因可能调用Full GC：
      • 年老代（Tenured）被写满
      • 持久代（Perm）被写满
      • System.gc()被显式调用（程序建议GC启动，不是调用GC）
      • 上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化
    • 内存泄露（Memory Leak）常见原因：指程序中己动态分配的堆内存由于某种原因程序未释放或无法释放，造成系统内存的浪费，导致程序运行速度减慢甚至系统崩溃等严重后果。
      • 创建大量无用对象：例如需要大量拼接字符串时，使用了String而不是StringBuilder。 
        String str = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++){
  str += i; //相当于产生了10000个String对象
}
      • 静态集合类的使用：像HashMap、Vector、List等的使用最容易出现内存泄露，这些静态变量的生命周期和应用程序一致，所有的对象Object也不能被释放。
      • 各种连接对象：如IO流对象、数据库连接对象、网络连接对象等连接对象未关闭，这些连接对象属于物理连接，和硬盘或者网络连接，不使用的时候一定要关闭。
      • 监听器的使用：释放对象时，没有删除相应的监听器。