Java的垃圾回收机制(Garbage Collection, GC)是其内存管理的核心功能之一。通过GC,Java自动管理对象的生命周期,回收不再使用的对象所占的内存空间。本文将详细探讨GC的实现原理、不同算法的细节以及其在JVM中的应用。
垃圾回收的主要任务是识别和回收不再使用的对象。GC的基本工作过程包括:
标记-清除算法是最基本的垃圾回收算法,分为两个阶段:
标记-清除算法的主要缺点是清除后会产生内存碎片。
// 标记阶段
void mark(Object obj) {
if (obj == null || obj.isMarked()) return;
obj.mark();
for (Object child : obj.getChildren()) {
mark(child);
}
}
// 清除阶段
void sweep() {
for (Object obj : heap) {
if (!obj.isMarked()) {
heap.remove(obj);
} else {
obj.unmark();
}
}
}
复制算法将内存分为两个区域,每次只使用其中一个区域。当活动区域用完时,将存活的对象复制到另一块区域,然后清空当前区域。
复制算法的主要优点是没有内存碎片,缺点是需要双倍的内存空间。
void copy() {
for (Object obj : fromSpace) {
if (obj.isAlive()) {
toSpace.add(obj);
}
}
fromSpace.clear();
// 交换 fromSpace 和 toSpace
List<Object> temp = fromSpace;
fromSpace = toSpace;
toSpace = temp;
}
标记-压缩算法结合了标记-清除和复制算法的优点。它在标记阶段标记所有存活对象,然后在压缩阶段将存活对象移动到堆的一端,释放出连续的内存空间。
void markCompact() {
// 标记阶段
mark(root);
// 压缩阶段
int free = 0;
for (Object obj : heap) {
if (obj.isMarked()) {
heap[free++] = obj;
obj.unmark();
}
}
// 清除剩余的对象
for (int i = free; i < heap.length; i++) {
heap[i] = null;
}
}
分代收集算法基于对象的存活时间,将堆内存分为几代:年轻代(Young Generation)、年老代(Old Generation)和永久代(Permanent Generation)。各代使用不同的收集算法。
class GenerationalGC {
void minorGC() {
copy(youngGeneration.fromSpace, youngGeneration.toSpace);
}
void majorGC() {
markCompact(oldGeneration);
}
}
Java虚拟机(JVM)实现了多种垃圾收集器,不同收集器适用于不同的应用场景:
Serial 收集器是单线程的,适用于单处理器环境和客户端应用。
class SerialGC extends GarbageCollector {
void collect() {
markSweep();
}
}
Parallel 收集器是多线程的,适用于多处理器环境,需要高吞吐量的应用
class ParallelGC extends GarbageCollector {
void collect() {
parallelMarkSweep();
}
}
CMS 收集器是低延迟收集器,目标是最小化停顿时间,适合对响应时间要求高的应用。
class CMSGC extends GarbageCollector {
void collect() {
concurrentMarkSweep();
}
}
G1 收集器是分区收集器,将堆划分为多个区域,优先收集垃圾最多的区域,适合大内存、多处理器的服务器应用
class G1GC extends GarbageCollector {
void collect() {
initialMarking();
concurrentMarking();
finalMarking();
liveDataCountingAndEvacuation();
}
}
以G1收集器为例,详细描述其工作过程:
根据应用需求,通过调整JVM参数来优化GC性能:
GC是Java虚拟机的重要组成部分,通过自动内存管理,GC提高了Java程序的稳定性和安全性。理解GC的工作原理和不同收集器的特点,有助于选择合适的GC策略,优化应用性能。通过合理配置JVM参数,可以提高GC效率,减少应用停顿时间,提升系统的整体性能。