《深入理解 Java 虚拟机》学习 -- 垃圾回收算法

《深入理解 Java 虚拟机》学习 -- 垃圾回收算法

1. 说明

• 程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈三个区域随线程而生，随线程而灭，这几个区域的内存分配和回收都具备确定性
• Java 堆和方法区这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存

新生代和老年代

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一块内存空间，主要用于存放各种类的实例对象。
在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。
堆的内存模型大致为：

• 堆大小 = 新生代 + 老年代。

• 垃圾回收一般发生在 java 堆中。

• 方法区称作永久代。

---

新生代：

对象存活率低。

老年代：

对象存活率高。

---

2. 判断堆中对象是否已死（不可能再被任何途径使用的对象）算法

2.1 引用计数算法

含义：

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加 1；当引用失效时，计数器就减 1；任何时刻计数器都为 0 的对象就是不可能再被使用的。

缺点：

很难解决对象之间的相互循环引用的问题。

举例：

下面例子中：对象 objA 和对象 objB 都有字段 instance，赋值令 objA.instance = objB 及 objB.instance = objA, 除此之外，这两个对象无任何引用，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是因为它们互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为 0，于是引用计数算法无法通过 GC 收集器回收它们。

public class ReferenceCountingGC {

    public Object instance = null;

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    // 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC 日志中看清楚是否被回收过
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];

    public static void main(String[] args) {
        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，那么 objA 和 objB 是否能被回收
        System.gc();
    }

}

注意：VM options 配置参数：-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

打印部分结果如下：

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 6772K->680K(38400K)] 6772K->680K(125952K), 0.0098335 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 680K->0K(38400K)] [ParOldGen: 0K->623K(87552K)] 680K->623K(125952K), [Metaspace: 3213K->3213K(1056768K)], 0.0145286 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

结果中可以看到 GC 日志中包含 6772K->680K，这意味这虚拟机并没有因为这两个对象互相引用就不回收它们，说明虚拟机并不是通过引用计数算法来判断对象是否存活的。

2.2. 根搜索算法（可达性分析算法）

含义：

通过一系列的名为 “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，则证明此对象时不可用的。

GC Rooot 对象：

• 虚拟机栈（栈帧的本地变量表）中的引用的对象
• 方法区中的类静态属性引用的对象
• 方法去中的常量引用的对象
• 本地方法栈中 JNI（即一般说的 Native 方法）的引用的对象

（方法区和栈中）

举例：

对象 object5，object6，object7 虽然互相有关联，但是它们到 GC Roots 是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

---

3. 垃圾收集算法

3.1 标记 - 清除算法

含义：

首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。

缺点：

1. 效率不高
2. 空间碎片太多

示例：

3.2 复制算法（一般在新生代中使用）

含义：

将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

缺点：

将内存缩小为原来的一半，代价太高。

改进：

将 内存分为一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survivor 空间，每次使用 Eden 和其中的一块 Survivor 。当回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性地拷贝到另外一块 Survivor 空间上，最后清理掉 Eden 和刚才用过的 Survivor 的空间。

示例：

3.3 标记 - 整理算法（一般在老年代中使用）

含义：

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。

示例：

3.4 分代收集算法

含义：

根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块，一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，然后根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

• 新生代：复制算法
• 老年代：标记 - 整理 / 标记 - 整理

现在基本都使用这种。