垃圾回收机制

it2024-11-12  4

15.1 垃圾回收的概念

JVM 内存模型一共包括三个部分:堆 ( Java代码可及的 Java堆 和 JVM自身使用的方法区)、栈 ( 服务Java方法的虚拟机栈和服Native方法的本地方法栈 ) 和 保证程序在多线程环境下能够连续执行的程序计数器。

Java堆是进行垃圾回收的主要区域,故其也被称为GC堆;而方法区也有一个不太严谨的表述,就是永久代。总的来说,堆 (包括Java堆和方法区)是 垃圾回收的主要对象,特别是Java堆。

Java技术体系中所提倡的 自动内存管理 最终可以归结为自动化地解决了两个问题:给对象分配内存以及回收分配给对象的内存,而且这两个问题针对的内存区域就是Java内存模型中的堆区。垃圾回收机制是Java语言一个显著的特点,其可以有效的防止内存泄露、保证内存的有效使用,从而使得Java程序员在编写程序的时候不再需要考虑内存管理问题。

15.2 垃圾回收的算法

垃圾回收的三个核心问题,包括: 那些内存需要回收?(对象是否可以被回收的两种经典算法: 引用计数法 和 可达性分析算法) 引用计数算法:判断对象的引用数量

引用计数算法是通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收。任何引用计数为0的对象实例可以被当作垃圾收集。

可达性分析算法:判断对象的引用链是否可达

可达性分析算法是通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收。

什么时候回收? (堆的新生代、老年代、永久代的垃圾回收时机,MinorGC 和 FullGC)

如何回收?(三种经典垃圾回收算法(标记清除算法、复制算法、标记整理算法)及分代收集算法 和 七种垃圾收集器)

标记清除算法 标记-清除算法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

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。

标记整理算法 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 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。当代商用虚拟机使用的都是分代收集算法:新生代对象存活率低,就采用复制算法;老年代存活率高,就用标记清除算法或者标记整理算法。Java堆内存一般可以分为新生代、老年代和永久代三个模块

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。 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。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。

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。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。

永久代:永久代主要用于存放静态文件,如Java类、方法等。永久代对垃圾回收没有显著影响,但是有些应用可能动态生成或者调用一些class,例如使用反射、动态代理、CGLib等bytecode框架时,在这种时候需要设置一个比较大的永久代空间来存放这些运行过程中新增的类。

15.3 垃圾收集器

7种作用于不同分代的收集器,其中用于回收新生代的收集器包括Serial、PraNew、Parallel Scavenge,回收老年代的收集器包括Serial Old、Parallel Old、CMS,还有用于回收整个Java堆的G1收集器。不同收集器之间的连线表示它们可以搭配使用。

Serial收集器(复制算法): 新生代单线程收集器,标记和清理都是单线程,优点是简单高效; Serial Old收集器 (标记-整理算法): 老年代单线程收集器,Serial收集器的老年代版本; ParNew收集器 (复制算法): 新生代收并行集器,实际上是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现; Parallel Scavenge收集器 (复制算法): 新生代并行收集器,追求高吞吐量,高效利用 CPU。吞吐量 = 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间),高吞吐量可以高效率的利用CPU时间,尽快完成程序的运算任务,适合后台应用等对交互相应要求不高的场景; Parallel Old收集器 (标记-整理算法): 老年代并行收集器,吞吐量优先,Parallel Scavenge收集器的老年代版本; CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器(标记-清除算法): 老年代并行收集器,以获取最短回收停顿时间为目标的收集器,具有高并发、低停顿的特点,追求最短GC回收停顿时间。 G1(Garbage First)收集器 (标记-整理算法): Java堆并行收集器,G1收集器是JDK1.7提供的一个新收集器,G1收集器基于“标记-整理”算法实现,也就是说不会产生内存碎片。此外,G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是:G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代,老年代),而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。

内存的回收策略: 1.对象优先在Eden分配,当Eden区没有足够空间进行分配时,虚拟机将发起一次MinorGC。(年轻代) 2.大对象直接进入老年代。 3.长期存活的对象将进入老年代。 4.动态对象年龄判定。

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