Java虚拟机——垃圾回收流程与算法

引用计数法(Referentce Counting)

在对象中添加一个引用计数器&＃xff0c;每当有一个地方引用&＃xff0c;计数器值就加1&＃xff0c;当一个引用失效时&＃xff0c;计数器值就减1。该方法需要额外的存储空间&＃xff0c;虽然算法简单&＃xff0c;实现简单&＃xff0c;但是会引起一些问题(比如无法解决对象之间循环引用的问题)&＃xff0c;主流的Java虚拟机都没有采用这种方式。

可达性分析法(Reachability Analysis)

通过一系列称为“GC Roots”的根对象作为起始节点集&＃xff0c;从这些节点开始&＃xff0c;根据引用关系向下搜索&＃xff0c;搜索构成所走过的路径称为“引用链&＃xff08;Reference Chain&＃xff09;”&＃xff0c;如果某个对象到GC Roots之间没有任何引用链连接&＃xff0c;那么该对象就不可能再被使用。

可作为GC Roots的对象包括&＃xff1a;

• 虚拟机栈中引用的对象
• 方法区中类 静态属性 所引用的对象
• 方法区中常量所引用的对象
• 本地方法栈中JNI所引用的对象
• Java虚拟机内部的引用
• 所有被同步锁&＃xff08;synchronized关键字&＃xff09;持有的对象
• 反应Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。

引用类型&＃xff1a;

• 强引用&＃xff1a;
  最“传统”的引用过定义&＃xff0c;指在程序代码中普遍存在的 引用赋值&＃xff08;即类似 Object obj &＃61; new Object()&＃xff09;。只要强引用关系还在&＃xff0c;垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。

• 软引用&＃xff1a;
  用来描述一些还有用&＃xff0c;但非必须的对象。 如果一个对象只具有软引用&＃xff0c;且内存空间足够&＃xff0c;垃圾回收器就不会回收它&＃xff1b;如果内存空间不足了&＃xff0c;就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它&＃xff0c;该对象就可以被程序使用。

• 弱引用
  弱引用与软引用的区别是&＃xff0c;如果对象只被软引用所引用&＃xff0c;当GC时不管内存是否充足都会被回收。

• 虚引用
  虚引用是最弱的引用&＃xff0c;它不会对对象的生存时间构成影响&＃xff0c;也无法通过虚引用来取得一个对象实例。虚引用对象在任何时候都可以被回收。

在经过可达性分析后&＃xff0c;那些不再被引用的对象不会立刻被回收&＃xff0c;只有经过了两次标记之后&＃xff0c;才会被回收。

分代收集理论

分代收集理论建立在三个分代假说之上&＃xff1a;

• 弱分代假说&＃xff1a;绝大多数对象都是朝生夕灭的
• 强分代假说&＃xff1a;熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡
• 跨带引用相对于同代引用来说只占极少数

前两个假说奠定了多款垃圾收集器的统一设计原则&＃xff1a;收集器应该将Java堆划分出不同的区域&＃xff0c;然后将回收对象依据其年龄&＃xff08;经历垃圾收集过程的次数&＃xff09;分配到不同的区域之中存储。

把堆分区之后&＃xff0c;垃圾收集器才能每次只回收其中一个或一些区域

回收类型划分&＃xff1a;

• Partial GC:指目标不是收集整个Java堆的垃圾收集&＃xff0c;其中又包括&＃xff1a;
  • Minor GC/Young GC&＃xff1a;目标只是 新生代 的垃圾收集
  • Major GC/Old GC&＃xff1a;目标只是 老年代 的垃圾收集
  • Mixed GC:收集整个新生代和部分老年代
• Full GC&＃xff1a;收集整个Java堆和方法区

标记-清除(Mark-Sweep)算法

先标记出所有需要收集的对象&＃xff0c;标记完成后&＃xff0c;统一回收所有标记了的对象。也可以反过来标记存活的对象&＃xff0c;收集所有未被标记的对象。

缺点&＃xff1a;

• 效率不稳定&＃xff1a;如果存在大量需要比清理的对象&＃xff0c;就需要做大量的标记与清理工作&＃xff0c;导致标记和清理工作的效率随堆中对象数量的增加而降低&＃xff1b;
• 可能导致大量碎片&＃xff1a;大量不连续的碎步片导致无法找到足够大的连续内存&＃xff0c;从而不得不提前触发另一次GC。

标记-复制算法

简称为复制算法&＃xff0c;为了解决标记-清除算法面临大量可回收对象时&＃xff0c;效率低下的问题。

半区复制算法&＃xff08;Semispace Copying&＃xff09;&＃xff1a;将可用内存按容量 平分 为两块&＃xff0c;每次只是用其中一块&＃xff0c;当这一块内存用完时&＃xff0c;就将还存活着的对象复制到另一块上&＃xff0c;然后再把这块空间全部清理掉。

优点&＃xff1a;不会产生内存碎片&＃xff0c;因为是顺序分配内存&＃xff0c;且统一回收的。
缺点&＃xff1a;将可用内存缩小为了原来的一半&＃xff1b;若一次复制存在大量存活的对象&＃xff0c;那么就会产生大量的内存间复制开销。

目前大量商用虚拟机都采用该算法对 新生代 进行垃圾收集。

更加优化的半区复制算法

IBM公司对新生代“朝生夕灭”的特点做了更量化的诠释&＃xff1a;新生代中的对象&＃xff0c;有98%熬不过第一轮收集。所以我们不必按1:1的比例来划分新生代的内存空间。

Appel式回收&＃xff1a;

将新生代内存空间划分为一个较大的Eden空间和两个较小的Survivor空间。Appel式回收将对象存储在Eden区或者其中一块Servivor区上&＃xff0c;另一块Servivor区空闲。当发生垃圾收集时&＃xff0c;将存活的对象一次性复制到空闲的Servivor区&＃xff0c;然后清理Eden区和已用的Survior区。HotSpot虚拟机默认的Eden和Survivor的到小比例是8:1。如果一次Minor GC&＃xff0c;Survivor空间不足以容纳存活的对象&＃xff0c;那么部分存活的对象将直接进入老年代。

标记-整理(Mark-Compact)算法

该算法用户收集 老年代 对象。其标记过程与标记-清除算法一样&＃xff0c;但在标记之后&＃xff0c;不是直接清除&＃xff0c;而是将存活的对象向内存的一端移动&＃xff0c;然后再清理掉边界以外的内存区域。

• 对象优先在Eden分配

• 大对象直接进入老年代

大对象指那些需要连续的大量空间的Java对象&＃xff0c;比如很长的字符串&＃xff0c;或很长的数组等。

• 长期存活的对象进入老年代

虚拟机为每个对象定义了一个对象年龄计数器&＃xff0c;存储在对象头中。对象通常在Eden区里诞生&＃xff0c;如果经历一次Minor GC后任然存活&＃xff0c;并且能被Survivor容纳的话&＃xff0c;该对象就会被移入Survivor区&＃xff0c;并且将其对象年龄设置为1&＃xff0c;以后每经历过一次Minor GC并存活下来&＃xff0c;年龄加1&＃xff0c;当年龄达到一定程度&＃xff08;默认为15&＃xff09;&＃xff0c;该对象就晋升到老年代中去。

动态对象年龄&＃xff1a;HotSpot虚拟机并不是一定要求对象的年龄达到阈值才将其存入老年代。当Survivor区里 相同年龄 对象占用的空间大于Survivor区容量的一半&＃xff0c;年龄大于等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。