JVM 知识梳理 (二) GC算法

落日映苍穹つ 2023-01-03 12:58 146阅读 0赞

## 一、前言 ##

垃圾收集（Garbage Collection ），简称**GC**。是Java 的一种**垃圾自动回收**机制，但程序员可以手动执行 System.gc()，**通知** GC 运行，但是 Java 语言规范并**不保证** GC 一定会执行。

判定哪些对象需要被GC，主要有两种方法，引用计数法和可达性算法。

GC算法包括引用计数法、标记—清除、标记—压缩、复制算法。

## 二、判定哪些对象需要被GC ##

#### 引用计数法 ####

引用计数法，也叫直接垃圾回收法，是老牌垃圾回收算法，当GC触发时，通过对象的引用来计算要不要回收。

给每个对象分配一个引用计数器，只要该对象被应用，计数器+1.取消引用就-1。

当GC触发时，如果该对象的引用计数器为零，那这个对象就是垃圾。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzg4OTg0MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
**优点**

即时回收，因为对象知道自己什么时候没用

**缺点**

引用和去除引用伴随着加法减法，影响性能。还有就是很难处理**循环引用**。

需要注意的是，在主流虚拟机中，并未涉及引用计数法。

#### 可达性算法（引用链法） ####

可达性算法，也叫间接垃圾回收算法，该算法的思想是：从一个被称为 GC Roots 的对象开始向下搜索，如果一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。  
![在这里插入图片描述][92e032239b23f4c1d6cf170b7a78f172.png_pic_center]

## 三、GC算法 ##

#### 标记—清除 ####

标记—清除算法是现代垃圾回收算法的思想**基础**。

这个算法将垃圾回收分为了两个阶段，**标记阶段和清除阶段**。

1.在标记阶段，首先通过根节点，标记所有从根节点开始可达对象,这时的可达对象代表还“有用”，而未标记的对象就是未被引用的垃圾对象。

2.在清除阶段，清除未被标记的垃圾对象。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzg4OTg0MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**优点**

实现起来简单,不需要额外的空间

**缺点**

逐渐产生被细化的分块，不久后就会导致无数的 小分块散布在堆的各处，并且在分配对象的时候还得先遍历那些内存块可以用。

#### 标记—压缩 ####

标记-压缩算法适合用于存活对象较多的场合，如**老年代**。

它在标记-清除算法的基础上做了一些优化，即在标记—清除算法后，将所有存活的对象压缩到内存的一端，然后清理这个边界外的所有空间  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzg4OTg0MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
缺点：清除算法中，清除阶段也要搜索整个堆，不过搜索 1 次就够了。但 GC 标记 - 压缩算法要搜索 3 次，这样就要花费约 3 倍的时间，这是一个相当巨大的缺陷，特别是堆越大，所消耗的成本也就越大(看图)

优点：堆利用效率高。  
而且 GC 标记 - 压缩算法不会出现 GC 复制算法那样只能利用半个堆的情况

**复制算法**

复制算法，在标记清除的的基础上改进而来的，适用于对象存活度低的场景，如**年轻代**。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80Mzg4OTg0MQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

思想是将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。  
需要注意的是，**在复制算法下，两个survivor区（From和To区）同⼀时间会有⼀个满⼀个空，是交替的，并且空的总是To区。**

**优点：**  
1、优秀的吞吐量： GC 标记 - 清除算法消耗的吞吐量是搜索活动对象(标记阶段)所花费的时间和搜索整体 堆(清除阶段)所花费的时间之和。  
另一方面，因为 GC 复制算法只搜索并复制活动对象，所以跟一般的 GC 标记 - 清除算 法相比，它能在较短时间内完成 GC。也就是说，其吞吐量优秀。

2、高速分配：GC 复制算法不使用空闲链表。这是因为分块是一个连续的内存空间。比起 GC 标记 - 清除算法和引用计数法等使用空闲链表的分配，GC 复制算法明显快得多。

3、不会发生碎片化

**缺点：**  
浪费内存空间，因为用这种算法，必须保证To区是空的。假如极端情况下对象100%存在，内存空间就会不够。所以在对象存存活度低时适合使用，我们知道年轻代是存活度低，所以事实上就是使用的复制算法。

## 总结 ##

![在这里插入图片描述][20210108141746985.png]  
**没有最好的算法，但有最合适的算法。**

#### 分代收集 ####

现在的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式，它根据对象的生存周期，将堆分为新生代和老年代。在新生代中，由于对象生存期短，每次回收都会有大量对象死去，那么这时就采用**复制算法**。老年代里的对象存活率较高，没有额外的空间进行分配担保。

#### 参考 ####

[B栈狂神说JVM入门][B_JVM]  
[JVM GC算法][JVM GC]

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[B_JVM]: https://www.bilibili.com/video/BV1iJ411d7jS?p=13
[JVM GC]: https://juejin.cn/post/6844904046562639885#heading-9