第二篇 Java垃圾回收相关算法 - 标记阶段

系统管理员 2022-10-31 04:24 148阅读 0赞

# 第二篇 Java垃圾回收相关算法 - 标记阶段 #

### 文章目录 ###

*  第二篇 Java垃圾回收相关算法 - 标记阶段
 *  前言
 *  一、引用计数算法
 *   *  1.概述
     *  2.优点
     *  3.缺点
     *  4.Java中是否使用了引用计数器
     *  5.总结
 *  二、可达性分析算法
 *   *  1.概念
     *  2.GC Roots
     *  3.在Java中，哪些元素算GC Roots
 *  三、备注
 *   *  1.判断GC Roots的小技巧
     *  2.注意事项

# 前言 #

*  在堆里存放着几乎所有的Java对象实例，在GC执行垃圾回收之前，首先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有被标记为己经死亡的对象，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间，因此这个过程我们可以称为垃圾标记阶段。
 *  那么在JVM中究竟是如何标记一个死亡对象呢?简单来说，当一个对象已经不再被任何的存活对象继续引用时，就可以宣判为已经死亡。
 *  判断对象存活一般有两种方式:引用计数算法和可达性分析算法。

# 一、引用计数算法 #

## 1.概述 ##

*  引用计数算法(Reference Counting) 比较简单，对每个对象保存一个整型的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。
 *  对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1;当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。

## 2.优点 ##

*  实现简单，垃圾对象便于辨识;判定效率高，回收没有延迟性。

## 3.缺点 ##

*  它需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。
 *  每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销。
 *  引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。这是一条致命缺陷，导致在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

![引用计数器的循环引用][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoZW4xMzMzMzMzNjY3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 4.Java中是否使用了引用计数器 ##

public class RefCountGC { 
    
        /** 占用空间的作用，好观察GC中对象的信息 */
        private byte[] bigsize = new byte[5 * 1024 * 1024];
    
        Object reference = null;
    
        public static void main(String[] args) { 
            RefCountGC obj1 = new RefCountGC();
            RefCountGC obj2 = new RefCountGC();
            obj1.reference = obj2;
            obj2.reference = obj1;
            obj1 = null;
            obj2 = null;
            //显式的执行垃圾回收行为查看obj1和obj2是否会被回收
            System.gc();
        }
    }

![代码的内存结构][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoZW4xMzMzMzMzNjY3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2NoZW4xMzMzMzMzNjY3Nw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  由代码的内存结构图所知，如果不小心直接把Obj1-reference和Obj2-reference置null。则在Java 堆当中的两块内存依然保持着互相引用，如果Java使用的是引用计数器作为GC标记算法，那么将无法回收两个对象。
 *  由GC信息可以得出程序在发生GC后，两个RefCountGC对象均被清除，因为GC后的新生代与老年代所占用的空间均不足1M，因此可以反证Java并没有使用引用计数器作为GC标记算法。因为Java如果使用了引用计数法，那么新生代或者老年代的其中一个所占空间应该大于10M才是正确的。

## 5.总结 ##

*  引用计数算法，是很多语言的资源回收选择，例如因人工智能而更加火热的Python，它更是同时支持引用计数和垃圾收集机制。  
    具体哪种最优是要看场景的，业界有大规模实践中仅保留引用计数机制，以提高吞吐量的尝试。
 *  Java并没有选择引用计数，是因为其存在一个基本的难题，也就是很难处理循环引用关系。
 *  Python如何解决循环引用?  
    1）手动解除:很好理解，就是在合适的时机，解除引用关系。  
    2）使用弱引用weakref，weakref是Python提供的标准库，旨在解决循环引用。

# 二、可达性分析算法 #

## 1.概念 ##

*  相对于引用计数算法而言，可达性分析算法不仅同样具备实现简单和执行高效等特点，更重要的是该算法可以有效地解决在引用计数算法中循环引用的问题，防止内存泄漏的发生。
 *  相较于引用计数算法，这里的可达性分析就是Java、C\#选择的。这种类型的垃圾收集通常也叫作追踪性垃圾收集(Tracing Garbage  
    Collection)。

## 2.GC Roots ##

![GC Roots][]

1）所谓"GC Roots"根集合就是一组必须活跃的引用。

2）实现的基本思路:

*  可达性分析算法是以根对象集合(GC Roots) 为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达。
 *  使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain) 。
 *  如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象己经死亡，可以标记为垃圾对象。
 *  在可达性分析算法中，只有能够被根对象集合直接或者间接连接的对象才是存活对象。

## 3.在Java中，哪些元素算GC Roots ##

*  虛拟机栈中引用的对象  
    比如:各个线程被调用的方法中使用到的参数、局部变量等。
 *  本地方法栈内JNI(通常说的本地方法)引用的对象
 *  方法区中类静态属性引用的对象  
    比如: Java类的引用类型静态变量
 *  方法区中常量引用的对象  
    比如:字符串常量池(String Table) 里的引用
 *  所有被同步锁synchronized持有的对象
 *  Java虚拟机内部的引用。  
    基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象(如:NullPointerException、OutOfMemoryError) ，系统类加载器。
 *  反映java虛拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。
 *  除了这些固定的GC Roots集 合以外，根据用户所选用的垃圾收集器以及当前回收的内存区域不同，还可以有其他对象“临时性”地加入，共同构成完整GC Roots集合。比如:分代收集和局部回收(Partial GC)。  
    如果只针对Java堆中的某一块区域进行垃圾回收(比如:典型的只针对新生代)，必须考虑到内存区域是虚拟机自己的实现细节，更不是孤立封闭的，这个区域的对象完全有可能被其他区域的对象所引用，这时候就需要一并将关联的区域对象也加入GC Roots集合中去考虑，才能保证可达性分析的准确性。

# 三、备注 #

## 1.判断GC Roots的小技巧 ##

*  由于Root采用栈方式存放变量和指针，所以如果一个指针，它保存了堆内存里面的对象，但是自己又不存放在堆内存里面，那它就是一个Root。

## 2.注意事项 ##

*  如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收，那么分析工作必须在一个能保障一致性的快照中进行。这点不满足的话分析结果的准确性就无法保证。
 *  这点也是导致GC进行时必须"Stop The World"的一个重要原因。即使是号称(几乎)不会发生停顿的CMS收集器中，枚举根节点时也是必须要停顿的。

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