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JVM垃圾回收算法

原文地址:xeblog.cn/articles/23

确定可回收对象

引用计数法

给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用这个对象的时候,计数器的值就加1;当对象的引用失效时,计数器的值就减1;任何时刻计数器为0的对象就被判定为可回收的对象。
存在两个对象之间互相循环引用的问题

Object obj1 = obj2
Object obj2 = obj1
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对象 obj1 引用了对象 obj2 ,对象 obj2 又引用着对象 obj1,两个对象互相引用,使得计数器都不能为0,这种情况如果使用 引用计数法 就无法判断对象是否是可回收的。

可达性分析算法

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 相连时,则证明此对象是可回收的。

如图所示,对象 Object 5、Object 6、Object 7 虽然互相有关联,但是它们到 GC Roots 是不可达的,所以它们将会被暂定为是可回收的对象。但此时判定并没有完全结束,因为判定一个对象是否是可回收是需要经过两次标记过程的,上述是第一次的标记过程,第二次标记则是将第一次标记的对象进行一次筛选:通过判断该对象是否需要执行 finalize() 方法。如果该对象覆盖了 finalize() 方法,并且系统没有运行过该方法(finalize() 方法全局只运行一次),则表示该对象需要执行finalize() 方法,那么这个对象将会被放入到一个叫 F-Queue 的队列中,等待虚拟机中的一个低优先级的Finalizer 线程去执行它。在执行 finalize() 方法的过程中,只要该对象没有和 GC Roots 引用链上的任何一个对象有关联,这个对象才能被真正的定为是可回收的对象。

可以作为 GC Roots 的对象:

  • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象;
  • 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;
  • 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。

JVM就是采用 可达性分析算法 来判断对象是否是可回收的。

回收方法区

方法区处于JVM的永久代区域,且永久代的垃圾回收效率远低于堆中(尤其是在新生代中)的回收效率,对于这块区域主要是回收两部分内容:废弃常量和无用类。

常量回收

回收常量与回收Java堆中的对象非常类似。如果当前系统中没有任何一个变量与常量A相等,常量A也没有在任何地方被引用,则常量A就是可回收的。

类回收

判断一个类是否可回收是非常苛刻的,需要同时满足3个条件:

  • 该类的所有实例都已经被回收,Java堆中不存在该类的任何实例;
  • 加载该类的 ClassLoader 已经被回收;
  • 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

垃圾回收算法

标记-清除算法

首先通过 可达性分析算法 标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

缺点

  • 标记和清除的效率都不高。
  • 标记清除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程序在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。

复制算法

将可用内存按容量分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块,当这一块内存用完时,就将还存活的对象复制到另外一块上,然后把已使用过的内存空间一次性清理掉。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,简单高效。

缺点

  • 将可用内存缩小为原来的一半了。

优点

  • 解决了内存碎片的问题。
  • 新生代中采用这种算法效率较高。

标记-整理算法

复制收集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,老年代一般不能直接选用这种算法。 根据老年代的特点,提出了一种“标记-整理”算法,标记过程与“标记-清除”算法一样,不同的是这种算法不直接对可回收对象进行清理,而是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。

缺点

  • 标记和整理的效率都不高。

优点

  • 解决了内存碎片的问题。

分代回收算法

根据对象存活周期的不同,将 Java堆内存 划分为 新生代老年代,这样可以根据各个年代的特点采用最适当的回收算法。

新生代: 每次垃圾回收时都发现有大批对象死去,只有少量对象存活,可采用 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回收。

老年代: 对象存活率高,没有额外空间对它进行分配担保,必须使用 标记-清除标记-整理 算法进行回收。

参考

  • 《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践 第二版》
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