java gc机制算法详解

ゝ一纸荒年。 2022-06-03 04:19 253阅读 0赞

一、对象存活判断  
判断对象是否存活一般有两种方式：  
  
1.引用计数：每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象相互循环引用的问题。  
2.可达性分析（Reachability Analysis）：从GC Roots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，则证明此对象是不可用的。不可达对象。

在Java语言中，GC Roots包括：

虚拟机栈中引用的对象。  
方法区中类静态属性实体引用的对象。  
方法区中常量引用的对象。  
本地方法栈中JNI引用的对象。  
  
二、JVM的垃圾回收过程  
首先从GC Roots开始进行可达性分析，判断哪些是不可达对象。  
对于不可达对象，判断是否需要执行其finalize方法，如果对象没有覆盖finalize方法或已经执行过finalize方法则视为不需要执行，进行回收；如果需要，则把对象加入F-Queue队列。  
对于F-Queue队列里的对象，稍后虚拟机会自动建立一个低优先级的线程去触发其finalize方法，但不会等待这个方法返回。  
如果在finalize方法的执行过程中，对象重新被引用，那么进行第二次标记时将被移出F-Queue，在finalize方法执行完成后，对象仍然没有被引用，则进行回收。  
对于被移出F-Queue的对象，如果它下一次面临回收时，将不会再执行其finalize方法。  
finalize方法只执行一次。  
  
三、垃圾收集算法  
1、引用计数（reference counting）  
    原理：此对象有一个引用，则+1；删除一个引用，则-1。只用收集计数为0的对象。  
    缺点：无法处理循环引用的问题。如：对象A和B分别有字段b、a，令A.b=B和B.a=A，除此之外这2个对象再无任何引用，那实际上这2个对象已经不可能再被访问，但是引用计数算法却无法回收他们。   
  
2、复制（copying）  
    原理：把内存空间划分为2个相等的区域，每次只使用一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用的对象复制到另外一个区域。  
    优点：不会出现碎片问题。  
    缺点：1、暂停整个应用。2、需要2倍的内存空间。  
  
3、标记-清扫（Mark-and-sweep）---sun前期版本就是用这个技术。  
    原理：对于“活”的对象，一定可以追溯到其存活在堆栈、静态存储区之中的引用。这个引用链条可能会穿过数个对象层次。第一阶段：从GC roots开始遍历所有的引用，对有活的对象进行标记。第二阶段：对堆进行遍历，把未标记的对象进行清除。这个解决了循环引用的问题。  
    缺点：1、暂停整个应用；2、会产生内存碎片。  
  
4、标记-压缩（Mark-Compact）自适应  
    原理：第一阶段标记活的对象，第二阶段把为标记的对象压缩到堆的其中一块，按顺序放。  
    优点：1、避免标记扫描的碎片问题；2、避免停止复制的空间问题。  
      
    具体使用什么方法GC，Java虚拟机会进行监视，如果所有对象都很稳定，垃圾回收器的效率低的话，就切换到“标记-扫描”方式；同样，Java虚拟机会跟踪“标记-扫描”的效果，要是堆空间碎片出现很多碎片，就会切换回“停止-复制”模式。这就是自适应的技术。  
  
5、分代（generational collecting）-----J2SE1.2以后使用此算法  
    原理：基于对象生命周期分析得出的垃圾回收算法。把对象分为年轻代、年老代、持久代，对不同的生命周期使用不同的算法（2-3方法中的一个即4自适应）进行回收。  
  
6、自适应算法(Adaptive Collector)  
    在特定的情况下，一些垃圾收集算法会优于其它算法。基于Adaptive算法的垃圾收集器就是监控当前堆的使用情况，并将选择适当算法的垃圾收集器。  
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如上图所示：为Java的各代分布图  
年轻代（young）  
 年轻代分三个区。一个Eden区，两个Survivor区。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当这个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当第二个Survivor区也满了的时候，从第一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制到tenured generation。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来对象，和从前一个 Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。young generation的gc称为minor gc。经过数次minor gc，依旧存活的对象，将被移出young generation，移到tenured generation。  
  
年老代（tenured）  
   存放从年轻代（young）复制过来的对象。生命周期较长的对象，归入到tenured generation。一般是经过多次minor gc，还依旧存活的对象，将移入到tenured generation。（当然，在minor gc中如果存活的对象的超过survivor的容量，放不下的对象会直接移入到tenured generation）。tenured generation的gc称为major gc，就是通常说的full gc。  
    采用compaction算法。由于tenured generaion区域比较大，而且通常对象生命周期都比较长，compaction需要一定时间。所以这部分的gc时间比较长。  
    minor gc可能引发full gc。当eden＋from space的空间大于tenured generation区的剩余空间时，会引发full gc。这是悲观算法，要确保eden＋from space的对象如果都存活，必须有足够的tenured generation空间存放这些对象。  
  
持久代（perm）  
    用于存放静态文件，如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著的影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=N进行设置  
该区域比较稳定，主要用于存放classloader信息，比如类信息和method信息。  
对于spring hibernate这些需要动态类型支持的框架，这个区域需要足够的空间。(这部分空间应该存在于方法区而不是heap中)。  
  
四、Minor collections和Major collections   
Minor collection当young space被占满时执行。它比major collections快，因为minor collection仅仅检查major collection相应的一个子集对象。minor collection比major collection发生的频率高。  
Major collection当tenured space被占满时执行。他会清理tenured和young。  
Thinking in java给java gc取了一个罗嗦的称呼：“自适应、分代的、停止-复制、标记-扫描”式的垃圾回收器。  
  
五、导致Gc的情况：  
1、tenured被写满  
2、perm被写满  
3、System.gc()的显式调用。  
4、上一次GC之后heap的各域分配策略动态变化。  
  
六、GC运行的三种方式   
在java5和java6中有4中垃圾回收的算法，有一种算法将不再支持，剩余的三种垃圾回收算法是：serial, throughput and concurrent low pause。   
Stop the world（停止所有程序的方式）：在这种方式运行的GC，在GC完成前，JVM中的所有程序都不允许运行。Serial collector此时做minor和major收集。Throughput collector此时做major collector。  
Incremental（增量运行方式）：目前没要Java GC算法支持这种运行方式。GC以这种方式运行时，GC允许程序做一小段时间的工作，然后做垃圾回收工作。  
Concurrent（并行运行）：Throughput collector此时做minor collect，Concurrent low pause collector此时做minor和major收集。在这种运行方式下，GC和程序并行的运行，因此程序仅仅被短暂的暂停。  
  
七、关于finalize方法的问题   
finalize方法使得GC过程做了更多的事情，增加的GC的负担。  
如果某个对象的finalize方法运行时间过长，它会使得其他对象的finalize方法被延迟执行。  
finalize方法中如果创建了strong reference引用了其他对象，这会阻止此对象被GC。  
finalize方法有可能以不可确定的顺序执行（也就是说要在安全性要求严格的场景中尽量避免使用finalize方法）。  
不确保finalize方法会被及时调用，也许程序都退出了，但是finalize方法还没被调用。  
  
八、对象引用的类型   
Reference(or named Strong Reference)（ 强引用）：普通类型的引用。  
SoftReference（ 软引用）：被这种引用指向的对象，如果此对象没要再被其他Strong Reference引用的话，可能在任何时候被GC。虽然是可能在任何时候被GC，但是通常是在可用内存数比较低的时候，并且在程序抛出OutOfMemoryError之前才发生对此对象的GC。SoftReference通常被用作实现Cache的对象引用，如果这个对象被GC了，那么他可以在任何时候再重新被创建。另外，根据JDK文档中介绍，实际JVM的实现是鼓励不回收最近创建和最近使用的对象。SoftReference 类的一个典型用途就是用于内存敏感的高速缓存。  
WeakReference（弱引用）：如果一个被WeakReference引用的对象，当没要任何SoftReference和StrongReference引用时，立即会被GC。和SoftReference的区别是：WeakReference对象是被eagerly collected，即一旦没要任何SoftReference和StrongReference引用，立即被清楚；而只被SoftReference引用的对象，不回立即被清楚，只有当内存不够，即将发生OutOfMemoryError时才被清除，而且是先清除不常用的。SoftReference适合实现Cache用。WeakReference 类的一个典型用途就是规范化映射（ canonicalized mapping ）  
PhantomReference（虚引用）：当没有StrongReference，SoftReference和WeakReference引用时，随时可被GC。通常和ReferenceQueue联合使用，管理和清除与被引用对象（没有finalize方法）相关的本地资源。

[46594975]: http://blog.csdn.net/doc_sgl/article/details/46594975
[20150622185826512]: /images/20220603/9361e868e74f42c38c79067eb9832fd4.png