JVM学习之垃圾回收算法

1. 何时回收对象

JVM何时回收对象,换句话说,如何判断对象为垃圾对象?有以下两种方式:

  • 引用计数法

    在对象中添加一个计数器,当一个对象在其他地方被引用,则计数器加1,失效时计数器减1。但这种并不能解决相互引用问题。

    -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

  • 可达性分析

    GCRoot通过引用可以指向对象则对象存活,否则对象无效,视为垃圾。

    可以作为GCRoot的对象

    • 虚拟机栈(局部变量表中)引用的对象

    • 方法区的类属性所引用的对象

    • 方法区的常量所引用的对象

    • 本地方法栈所引用的对象

引用计数法有缺陷,当两个对象互相引用,除此之外其他对象并没有引用这两个对象,此时引用计数器不为零,实际上这两个对象已经是垃圾对象了。由于这个缺陷的存在主流厂商还是使用可达性分析来判断对象是否需要回收。

2. 细说引用

判断对象是否存活与“引用”有关。引用的分类:

  • 强引用

    强引用就是指在程序代码之中普遍存在的,类似“Object obj=new Object()”这类的引 用,只要强引用还存在,垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

  • 软引用

    软引用是用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软引用关联着的对象,在系统将 要发生内存溢出异常之前,将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回 收还没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。

  • 弱引用

    弱引用也是用来描述非必需对象的,但是它的强度比软引用更弱一些,被弱引用关联的 对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时,无论当前内存是否足够, 都会回收掉只被弱引用关联的对象。

  • 虚引用

    虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用,它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引 用的存在,完全不会对其生存时间构成影响,也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一 个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

3. JVM垃圾回收算法

3.1 标记-清除算法

“标记-清除”算法,如它的名字一样,算法分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。之所以说它是最基础的收集算法,是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而得到的。
    它的主要缺点有两个:
        (1)效率问题:标记和清除过程的效率都不高;
        (2)空间问题:标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片,空间碎片太多可能会导致,碎片过多会导致大对象无法分配到足够的连续内存,从而不得不提前触发GC,甚至Stop The World。
 

3.2 复值算法

为解决效率问题,“复制”收集算法出现了。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上面,然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
    这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收,内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况,只要移动堆顶指针,按顺序分配内存即可,实现简单,运行高效。
   它的主要缺点有两个:
        (1)效率问题:在对象存活率较高时,复制操作次数多,效率降低;
        (2)空间问题:內存缩小了一半;需要額外空间做分配担保(老年代)
 

3.3 标记-整理算法

    复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作,效率将会变低。更关键的是,如果不想浪费50%的空间,就需要有额外的空间进行分配担保,以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况,所以在老年代一般不能直接选用这种算法。    
    根据老年代的特点,有人提出了另外一种“标记-整理”(Mark-Compact)算法,标记过程仍然与“标记-清除”算法一样,但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存。
 

3.4 分代收集算法

GC分代的基本假设:绝大部分对象的生命周期都非常短暂,存活时间短。
   “分代收集”算法,把Java堆分为新生代和老年代,这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中,每次垃圾收集时都发现有大批对象死去,只有少量存活,那就选用复制算法,只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保,就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。

4. HotSpot的算法实现

4.1 枚举根节点

可达性分析中从GC RootS节点找引用链这个操作,可作为GC Roots的节点主要在全局性的引用(例如常量或类静态属性)与执行上下文(例如栈帧中的本地变量表)中,很多应用仅仅方法区就有数百兆,如果要逐一检查这里面的引用,必然会消耗很多时间。
 

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