JVM原理-垃圾回收机制及算法

JVM原理-jvm内存模型

jvm内存模型

一、垃圾回收机制算法

1、 判断对象是否回收算法

垃圾收集器在做垃圾回收的时候,首先需要判定的就是哪些内存是需要被回收的,哪些对象是存活的,是不可以被回收的;哪些对象已经死掉了,需要被回收,有两种算法

  • 引用计数器算法
    为每个对象创建一个引用计数,有对象引用时计数器 +1,引用被释放时计数-1,当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题;(已经淘汰)
  • 可达性分析算法
    从 GC Roots 开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时,则证明此对象是可以被回收的;(市场上用的非常非
    常广泛)

2、4种引用类型

  1. 强引用 :发生 gc 的时候不会被回收
  2. 软引用 :有用但不是必须的对象,在发生内存溢出之前会被回收
  3. 弱引用 :有用但不是必须的对象,在下一次GC时会被回收
  4. 虚引用 :无法通过虚引用获得对象,用 PhantomReference 实现虚引用,虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知

3、垃圾回收算法

3.1、标记-清除算法

  • 标记无用对象,然后进行清除回收

  • 标记-清除算法(Mark-Sweep)是一种常见的基础垃圾收集算法,它将垃圾收集分为两个阶段

    • 1、 标记阶段:标记出可以回收的对象
    • 2、 清除阶段:回收被标记的对象所占用的空间
  • 优点:实现简单,不需要对象进行移动

  • 缺点:标记、清除过程效率低,无法清除垃圾碎片

  • 标记-清除算法的执行的过程
    JVM原理-垃圾回收机制及算法_第1张图片

3.2、标记-真理算法

  • 与标记-整理算法不同的是,在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端,使他们紧凑的排列在一起,然后对端边界以外的内存进行回收。回收后,已用和未用的
    内存都各自一边
  • 优点:解决了标记-清理算法存在的内存碎片问题
  • 缺点:仍需要进行局部对象移动,一定程度上降低了效率
  • 标记-整理算法的执行过程
    JVM原理-垃圾回收机制及算法_第2张图片

3.3、复制算法

  • 为了解决标记-清除算法的效率不高的问题,产生了复制算法。它把内存空间划为两个相等的区域,每次只使用其中一个区域。垃圾收集时,遍历当前使用的区域,把存活对象复制到另外一个区域中,最后将当前使用的区域的可回收的对象进行回收
  • 优点:按顺序分配内存即可,实现简单、运行高效,不用考虑内存碎片
  • 缺点:内存利用率低,可用的内存大小缩小为原来的一半,对象存活率高时会频繁进行复制
  • 复制算法的执行过程
    JVM原理-垃圾回收机制及算法_第3张图片

3.4、分代收集算法

  • 当前商业虚拟机都采用 分代收集 的垃圾收集算法。分代收集算法,顾名思义是根据对象的 存活周期 将内存划分为几块。一般包括 年轻代 、 老年代 和 永久代
    JVM原理-垃圾回收机制及算法_第4张图片
  1. 在 Java 中,堆被划分成两个不同的区域:新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。而新生代 ( Young )又被划分为三个区域:Eden、From Survivor、To Survivor。这样划分的目的是为了使 JVM 能够更好的管理堆内存中的对象,包括内存的分配以及回收
  2. 新生代中一般保存新出现的对象,所以每次垃圾收集时都发现大批对象死去,只有少量对象存活,便采用了 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
  3. 老年代中一般保存存活了很久的对象,他们存活率高、没有额外空间对它进行分配担保,就必须采用 “标记-清理”或者“标记-整理” 算法
  4. 永久代就是JVM的方法区。在这里都是放着一些被虚拟机加载的类信息,静态变量,常量等数据。
    这个区中的东西比老年代和新生代更不容易回收
1、 执行流程

分代回收器有两个分区:老生代和新生代,新生代默认的空间占比总空间的 1/3,老生代的默认占比是 2/3

  • 新生代里有 3 个分区:Eden、To Survivor、From Survivor,它们的默认占比是 8:1:1
  1. 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区
  2. 清空 Eden 和 From Survivor 分区
  3. From Survivor 和 To Survivor 分区交换,From Survivor 变 To Survivor,To Survivor 变From Survivor
  • 每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象,年龄就 +1,当年龄到达 15(默认配置是 15)时,升级为老生代。大对象也会直接进入老生代
2、老年代( Old ) 和新生代 ( Young ) 的默认比例
  • 默认的,新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio来指定 ),即:新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空间大小。老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空间大小
  • 新生代 ( Young ) 被细分为 Eden 和 两个 Survivor 区域,Edem 和俩个Survivor 区域比例是 = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 )
  • 是JVM 每次只会使用 Eden 和其中的一块 Survivor 区域来为对象服务,所以无论什么时候,总是有一块 Survivor 区域是空闲着的
3、分代的作用
  • 可以根据各个年代的特点进行对象分区存储,更便于回收,采用最适当的收集算法
    • 新生代中,每次垃圾收集时都发现大批对象死去,只有少量对象存活,便采用了复制算法,只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集
    • 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,就必须采用“标记-清理”或者“标记-整理”算
  • 新生代又分为Eden和Survivor (From与To,这里简称一个区)两个区。加上老年代就这三个区。数据会首先分配到Eden区当中(当然也有特殊情况,如果是大对象那么会直接放入到老年代(大对象是指需要大量连续内存空间的java对象)。当Eden没有足够空间的时候就会触发jvm发起一次Minor GC,如果对象经过一次Minor-GC还存活,并且又能被Survivor空间接受,那么将被移动如果对象经过一次Minor-GC还存活,并且又能被Survivor空间接受,那么将被移动年龄达到一定的程度(默认为15)时,就会被晋升到老年代中了,当然晋升老年代的年龄是可以设置的
4、Minor GC、Major GC、Full GC区别及触发条件
  • Minor GC 触发条件
    • eden区满时,触发MinorGC。即申请一个对象时,发现eden区不够用,则触发一次MinorGC
    • 新创建的对象大小 > Eden所剩空间时触发Minor GC
  • Major GC和Full GC 触发条件
    • (Major GC通常是跟full GC是等价的)
    • 每次晋升到老年代的对象平均大小>老年代剩余空间
    • MinorGC后存活的对象超过了老年代剩余空间
    • 永久代空间不足
    • 执行System.gc()
    • CMS GC异常
    • 堆内存分配很大的对象

二、垃圾回收器

新生代垃圾回收器

1、Serial收集器(复制算法)

新生代单线程收集器,标记和清理都是单线程,优点是简单高效

2、ParNew收集器 (复制算法)

新生代回收并行收集器,实际上是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现

3、Parallel Scavenge收集器 (复制算法)

新生代并行收集器,追求高吞吐量,高效利用 CPU。吞吐量= 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间),高吞吐量可以高效率的利用CPU时间,尽快完成程序的运算任务,适合后台应用等对交互相应要求不高的场景

老年代垃圾回收器

1、Serial Old收集器 (标记-整理算法)

老年代单线程收集器,Serial收集器的老年代版本

2、Parallel Old收集器 (标记-整理算法):

老年代并行收集器,吞吐量优先,Parallel Scavenge收集器的老年代版本

3、CMS

  • (Concurrent Mark Sweep)收集器(标记-清除算法)
  • 老年代并行收集器,以获取最短回收停顿时间为目标的收集器,具有高并发、低停顿的特点,追求最短GC回收停顿时间

整堆回收器

1、G1(Garbage First)收集器

  • ( 标记整理 + 复制算法来回收垃圾 )
  • Java堆并行收集器,G1收集器是
    JDK1.7提供的一个新收集器,G1收集器基于“标记-整理”算法实现,也就是说不会产生内存碎片。此外,G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是:G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代,老年代),而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。

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