垃圾回收机制解析

垃圾回收机制是Java一个的显著特点,可以有效的防止内存泄露、保证内存的有效使用。

内存泄露是指该内存空间使用完毕之后未回收,在不涉及复杂数据结构的一般情况下,Java 的内存泄露表现为一个内存对象的生命周期超出了程序需要它的时间长度,我们有时也将其称为“对象游离”。

确定被可以被回收的对象

引用计数算法

引用计数算法是垃圾收集器中的早期策略。在这种方法中,堆中的每个对象实例都有一个引用计数。当一个对象被创建且将该对象实例分配给一个引用变量,该对象实例的引用计数置1。当任何其它变量被赋值为这个对象的引用时,对象实例的引用计数加1。但当一个对象实例的某个引用超过了生命周期或者被设置为一个新值时,对象实例的引用计数减 1。特别地,当一个对象实例被垃圾收集时,它引用的任何对象实例的引用计数器均减1。任何引用计数为0的对象实例可以被当作垃圾收集。

优点:引用计数收集器可以很快的执行,并且交织在程序运行中,对程序需要不被长时间打断的实时环境比较有利。

缺点:很难解决对象之间相互循环引用的问题。

可达性分析算法

程序把所有的引用关系看作一张图,从一个节点GC ROOT开始,寻找对应的引用节点,找到这个节点以后,继续寻找这个节点的引用节点,当所有的引用节点寻找完毕之后,剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点,即无用的节点。

可作为GC Root的对象有:

  • 虚拟机栈(栈帧中的局部变量表)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Native方法引用的对象;

在根搜索算法中,要真正宣告一个对象死亡,至少要经历两次标记过程:如果对象在进行根搜索后发现没有与 GC Roots 相连接的引用链,那它会被第一次标记并且进行一次筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行 finalize()方法。当对象没有覆盖 finalize()方法,或 finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机将这两种情况都视为没有必要执行。如果该对象被判定为有必要执行 finalize()方法,那么这个对象将会被放置在一个名为 F-Queue 队列中,并在稍后由一条由虚拟机自动建立的、低优先级的 Finalizer 线程去执行 finalize()方法。finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会(因为一个对象的 finalize()方法最多只会被系统自动调用一次),稍后 GC 将对 F-Queue 中的对象进行第二次小规模的标记,如果要在 finalize()方法中成功拯救自己,只要在 finalize()方法中让该对象重引用链上的任何一个对象建立关联即可。而如果对象这时还没有关联到任何链上的引用,那它就会被回收掉。

垃圾收集算法

标记-清除算法

它分为“标记”和“清除”两个阶段:该算法首先从根集合进行扫描,对存活的对象对象标记,标记完毕后,再扫描整个空间中未被标记的对象并进行回收。它的标记过程其实就是前面的根搜索算法中判定垃圾对象的标记过程。

缺点:

  • 效率问题:标记和清除两个过程的效率都不高;
  • 空间问题:标记-清除算法不需要进行对象的移动,并且仅对不存活的对象进行处理,因此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。

复制算法

复制算法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,就将还存活着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。这种算法适用于对象存活率低的场景,比如新生代。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。

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。更关键的是,如果不想浪费50%的空间,就需要有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,所以在老年代一般不能直接选用这种算法。标记整理算法的标记过程类似标记清除算法,但后续步骤不是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,类似于磁盘整理的过程,该垃圾回收算法适用于对象存活率高的场景(老年代)

分代收集算法

分代收集算法是基于这样一个事实:不同的对象的生命周期(存活情况)是不一样的,而不同生命周期的对象位于堆中不同的区域,因此对堆内存不同区域采用不同的策略进行回收可以提高 JVM 的执行效率。

新生代

 新生代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象,一般情况下,所有新生成的对象首先都是放在新生代的。新生代内存按照 8:1:1 的比例分为一个eden区和两个survivor(survivor0,survivor1)区,大部分对象在Eden区中生成。在进行垃圾回收时,先将eden区存活对象复制到survivor0区,然后清空eden区,当这个survivor0区也满了时,则将eden区和survivor0区存活对象复制到survivor1区,然后清空eden和这个survivor0区,此时survivor0区是空的,然后交换survivor0区和survivor1区的角色(即下次垃圾回收时会扫描Eden区和survivor1区),即保持survivor0区为空,如此往复。特别地,当survivor1区也不足以存放eden区和survivor0区的存活对象时,就将存活对象直接存放到老年代。如果老年代也满了,就会触发一次FullGC,也就是新生代、老年代都进行回收。注意,新生代发生的GC也叫做MinorGC,MinorGC发生频率比较高,不一定等 Eden区满了才触发。  

老年代

 老年代存放的都是一些生命周期较长的对象,就像上面所叙述的那样,在新生代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象就会被放到老年代中。此外,老年代的内存也比新生代大很多(大概比例是1:2),当老年代满时会触发Major GC(Full GC),老年代对象存活时间比较长,因此FullGC发生的频率比较低。