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JVM之GC算法

1. 前言

  1.1 概念:清理内存中不会再被使用的对象

  1.2 背景:如果内存中的垃圾不被清理,会导致内存溢出

  1.3 常用的垃圾回收算法:引用计数法(Reference Counting)、标记清除法(Mark-Sweep)、复制算法(Copying)、标记压缩法(Mark-Compact)、分代算法(Generational Collecting)及分区算法(Region)

 

2. 算法演进

  2.1 引用计数法【Java垃圾回收未采用】

    2.1.1 思想:对于对象A,如果被引用,A的引用计数器就+1;当引用失效时,A的引用计数器-1.当对象A的引用计数器的值为0,则对象A被回收。

    2.1.2 缺陷:

      2.1.2.1  无法处理循环引用的情况。【例如:对象A和对象B相互引用,却没有被其他对象引用。此时,A和B应该被回收。然而,对象A和B的引用计数器却不为0,无法被回收。】 

      2.1.2.2 每次对象被引用/释放引用的时候,都会伴随着运算操作,对系统性能会有一定的影响。

 

因为循环引用的对象无法被回收,为了解决该缺陷,于是产生了可达对象的概念。根据可达对象的概念,产生了标记清除法。

 

  2.2 标记清除法【现代垃圾回收算法的基础

    2.2.1 基础:

      2.2.1.1 可达对象:通过根对象进行引用搜索,最终可以达到的对象。

      2.2.1.2 不可达对象:通过根对象进行引用搜索,最终没有被引用到的对象。

     2.2.2 思想:通过标记清除两个阶段实现垃圾回收

      2.2.2.1 标记阶段:根据根节点,标记所有的可达对象

      2.2.2.2 清除阶段:清除所有的不可达对象

    2.2.3 缺陷:

      2.2.3.1 产生大量的空间碎片,工作效率低

      标记清除法是对一块连续的空间进行回收,回收后的空间是不连续的【如图】。在对象的堆空间分配过程中,尤其是大对象的内存分配,不连续内存空间的工作做效率要低于连续空间。

 

 

因为不连续内存空间的工作效率低,为了解决这个问题,于是想到:新开辟一个工作空间,将可达对象复制到新的内存空间,保证空间使用的连续性。

  

  2.3 复制算法【新生代算法】

    2.3.1 思想:将原有的内存空间分为两块,每次使用其中一块。垃圾回收时,将正在使用的内存中的可达对象复制到未使用的内存块中,清除正在使用的内存块中的所有对象,交换两个内存的角色,完成回收。

 

  2.3.2 缺陷:

    2.3.2.1 将系统内存折半,占用的系统内存太大。

 

复制算法的高效性是建立在存活对象少,垃圾对象对象多的前提下。对于存活对象多的情况,复制成本高,需要其它算法来替代。

 

  2.4 标记压缩法【老年代算法

    2.4.1 原理:标记清除算法执行完成后,再进行一次内存碎片整理。

    2.4.2 思想:从根节点出发,将所有的可达对象进行标记,然后将标记对象压缩到内存的一端。最后,清除边界之外的所有空间。

 

 

在上述算法中,它们都有各自独特的优势,并没有一种算法可以完全替代其它算法。因此,正确的方式是:根据垃圾回收对象的特性,使用合适的算法回收。基于这种情况,产生了分代的思想。

  2.5 分代算法

    2.5.1 思想:根据对象的特点,将内存区域分成几块;根据每块内存区域的特点,使用不同的回收算法。               

    2.5.2 应用:新生代使用复制算法,老年代使用标记压缩法。

 

既然可以根据对象的生命周期(时间角度)进行回收,那么根据对象的空间分布(空间角度)也可以进行回收。

  

  2.6 分区算法

    2.6.1 背景:在相同条件下,堆空间越大,一次GC所用的时间越长,从而产生的停顿也越长。

    2.6.2 思想:将堆空间划分成连续的小区域,每个小区域独立使用、独立回收。

 

3. 补充

  3.1 新生代串行垃圾回收器中,使用复制算法的思想。

    3.1.1 基础:新生代分为eden区、from区、to区。其中,from区和to区也被称为survivor区,可以视为用于复制的大小相等、地位相等、且可以角色互换的两个空间块。

    3.1.2 思路:垃圾回收时,Eden区和正在使用的survivor区(假设是from区)中的可达对象会被复制到未被使用的survivor区(to区),然后清空Eden区和from区。

    3.1.3 备注:from区中的大对象或者老年对象会直接进入老年区;如果to区空间不足,对象也会进入老年区

  3.2 复制算法的高效性是建立在可达对象少,不可达对象多的前提下,因此复制算法只用于新生代【新生代,垃圾对象通常会多于存活对象;老年代大部分对象都是存活对象】。老年代采用标记压缩法

 

4. 附录

  4.1 参考文献:《实战Java虚拟机 – JVM故障诊断与性能优化》 葛一鸣著

原文链接:https://www.cnblogs.com/BlueStarWei/p/9577388.html

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