JVM垃圾收集算法
一、如何判断对象是否需要回收
在堆里面存放着Java世界中几乎所有的对象实例,垃圾收集器在对堆进行回收前,第一件事情就是要确定这些对象之中哪些还“存活”着,哪些已经“死去”(即不可能再被任何途径使用的对象)
判断对象是否存活的两种算法:引用计数法和可达性分析算法
1、引用计数法
何为引用计数法?
a、给对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值就加1;当引用失效时,计数器值就减1;
b、任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
引用计数法的实现简单,判断效率也很高,在大部分情况下它都是一个不错的算法。但是,至少主流的 Java 虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存,其中最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。
/**
* testGC() 方法执行后,objA 和 objB 会不会被 GC 呢?
*/
public class ReferenceCountingGC {
public Object instance = null;
public static void testGC() {
ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
// 假设在这行发生 GC, objA 和 objB 是否能被回收?
System.gc();
}
}
对象objA 和 objB 都有字段 instance,赋值令 objA.instance = objB 及 objB.instance = objA,除此之外,这两个对象再无任何引用,实际上这两个对象已经不可能再被访问,但是它们因为互相引用着对象,导致它们的引用计数都不为0,于是引用计数算法无法通知 GC 收集器回收它们。
2、可达性分析算法
何为可达性分析算法?
这个算法的基本思想就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,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(用图论的话来说,就是从 GC Roots 到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。
在 Java语言中,可作为 GC Roots 的对象包括下面几种:
- 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
- 本地方法栈中 JNI (即一般说的 Native 方法)引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
关于GC Roots 对象选定原因解释
线程私有:虚拟机栈和本地方法栈中的方法是正在运行的方法,而方法引用的对象自然未死
线程公有:方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
二、垃圾收集算法
1、标记 - 清除算法(Mark-Sweep)
这是最基础的收集算法,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不足进行改进而得到的。
“标记 - 清除”算法顾名思义分为“标记”和“清除”两个阶段:a、标记出所有需要回收的对象 b、标记完成后统一回收所有被标记的对象
存在的问题:
1、效率问题:标记和清除两个过程的效率都不高
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以后在程序运行过程中需要分配较大对象时,无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。
2、复制算法(Copying)
复制算法解决了效率问题。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块,每次只使用其中一块。其运作过程如下:
a、当一块的内存使用完了,就将还存活着的对象复制到另一块上面
b、然后再把已经使用的内存空间一次清理掉
这样使得每次都是对整个半区进行内存回收,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。
现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代
存在的问题:将内存缩小为原来的一半,代价太高。
3、标记 - 整理算法(Mark - Compact)
解决的问题:解决了老年代的垃圾回收问题
复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作,效率将会变低。如果不想浪费50%的空间,就需要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。所以老年代不能直接选用这种算法。
过程如下:a、标记出所有需要回收的对象; b、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。
4、分代收集算法
这种算法并没有什么新思想,只是根据对象存活周期的不同,将内存划分为几块。Java堆分为新生代和老年代,根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
新生代:每次垃圾收集时都有大批对象死去,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。
老年代:老年代因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配,所以就必须使用 “标记 - 清楚” 或者 “标记 - 整理” 算法来进行回收。
三、参考
《深入理解Java虚拟机》