jvm深度学习（9）：垃圾回收机制及算法

曾经终败给现在 2023-03-01 12:41 39阅读 0赞

### 垃圾回收基础知识 ###

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**什么是 GC？**

Java 与 C++等语言最大的技术区别：自动化的垃圾回收机制（GC）  
为什么要了解 GC 和内存分配策略  
1、面试需要。。。  
2、GC 对应用的性能是有影响的；  
3、写代码有好处  
栈：栈中的生命周期是跟随线程，所以一般不需要关注  
堆：堆中的对象是垃圾回收的重点  
方法区/元空间：这一块也会发生垃圾回收，不过这块的效率比较低，一般不是我们关注的重点。

**分代回收理论**

当前商业虚拟机的垃圾回收器，大多遵循“分代收集”的理论来进行设计，这个理论大体上是这么描述的：  
1、绝大部分的对象都是朝生夕死。  
2、熬过多次垃圾回收的对象就越难回收。  
根据以上两个理论，朝生夕死的对象放一个区域，难回收的对象放另外一个区域，这个就构成了新生代和老年代。

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**GC 分类**

市面上发生垃圾回收的叫法很多，我大体整理了一下：  
1、新生代回收（Minor GC/Young GC）:指只是进行新生代的回收。  
2、老年代回收（Major GC/Old GC）:指只是进行老年代的回收。目前只有 CMS 垃圾回收器会有这个单独的回收老年代的行为。  
（Major GC 定义是比较混乱，有说指是老年代，有的说是做整个堆的收集，这个需要你根据别人的场景来定，没有固定的说法） 3、整堆回收（Full GC）:收集整个 Java 堆和方法区(注意包含方法区) 。

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### 垃圾回收算法  ###

垃圾回收算法的实现设计到大量的程序细节，并且每一个平台的虚拟机操作内存的方式都有不同，所以不需要去了解算法的实现，我们重点讲解 3种算法的思想。

**复制算法（Copying）**

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，只要按顺序分配内存即可， 实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半。  
        但是要注意：**内存移动是必须实打实的移动（复制），所以对应的引用(直接指针)需要调整**（STW）。  
        复制回收算法适合于新生代，因为大部分对象朝生夕死，那么复制过去的对象比较少，效率自然就高，另外一半的一次性清理是很快的。

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**小结：1.实现简单、运行高效；2.没有内存碎片; 3.利用率只有一半**

**PS:基本上所有Minor GC/Young GC实现的算法都是复制算法**

**Appel 式回收**

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        一种更加优化的复制回收分代策略：具体做法是分配一块较大的 Eden 区和两块较小的 Survivor 空间（你可以叫做 From 或者 To，也可以叫做 Survivor1 和 Survivor2）  
        专门研究表明，新生代中的对象 98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照 1:1 的比例来划分内存空间，而是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 和其中一块 Survivor\[1\]。当回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性地复制到另外一块 Survivor 空间上， 最后清理掉 Eden 和刚才用过的 Survivor 空间。  
        HotSpot 虚拟机默认 Eden 和 Survivor 的大小比例是 8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的 90%（80%+10%），只有 10%的内存会被 “浪费”。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于 10%的对象存活，当 Survivor 空间不够用时，需要 依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

**标记-清除算法（Mark-Sweep）**

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算法分为“**标记**”和“**清除**”两个阶段：首先扫描所有对象标记出需要回收的对象，在标记完成后扫描回收所有被标记的对象，所以需要**扫描两遍**。  
        回收效率略低，如果大部分对象是朝生夕死，那么回收效率降低，因为需要大量标记对象和回收对象，对比复制回收效率要低。  
        它的主要问题，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回收动作。  
        回收的时候如果需要回收的对象越多，需要做的标记和清除的工作越多，所以标记清除算法适用于老年代。

小结：标记清楚算法进行垃圾回收后**产生内存碎片，由于进行了两次扫描，效率略低。**

**标记-整理算法（Mark-Compact）**

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首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，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。标记整理算法虽然没有内存碎片，但是效率偏低。  
        我们看到标记整理与标记清除算法的区别主要在于对象的移动。对象移动不单单会加重系统负担，同时需要全程暂停用户线程才能进行，同时所有引用 对象的地方都需要更新（直接指针需要调整）。

**小结：标记整理算法特点是：没有内存碎片，效率较标记清除算法低，也进行了两边扫描，但是由于进行了内存整理，所以指针需要调整，因而会产生STW。老年代采用的标记整理算法与标记清除算法，各有优点，各有缺点。**

**声明：本文为学习享学课堂三期JVM章节课后所做的学习总结，文中借鉴King老师上课笔记和课堂PPT。**

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