前言
在 [JAVA 进阶架构师指南] 系列二和三中, 我们了解了 JVM 的内存模型以及类加载机制, 其中在内存模型中, 我们说到, 从线程角度来说, JVM 分为线程私有的区域(虚拟机栈 / 本地方法栈 / 程序计数器) 和线程公有区域(方法区和 java 堆), 其中线程私有区域内存随着线程的结束而跟着被回收, GC 主要关注的是堆和方法区这部分的内存.
GC 回收算法
GC 如何确定哪些对象需要回收呢? 一般而言, 有两种算法: 引用计数算法和可达性分析算法.
引用计数算法
为每个对象都持有一个引用计数器, 初试状态为 0, 该对象每次被引用就加一, 否则就减一, 因此当 GC 进行垃圾回收的时候, 判断如果该引用计数器 = 0 则进行回收, 否则不进行回收, 显而易见, 引用计数算法的缺点就是不能解决循环依赖的问题, 假如对象 A 引用对象 B, 对象 B 引用对象 C, 对象 C 引用对象 A, 循环依赖导致 ABC 三个对象都不能被回收. 因此引出了可达性分析算法.
可达性分析算法
所谓可达性分析算法, 就是通过一系列名为 "GC Roots" 的对象作为起始点, 从这些节点开始向下搜索, 搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain), 当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时, 则证明此对象是可以被回收的, 反之则不可被回收, 在 JAVA 中, 可被作为 "GC Roots" 的对象包括如下几种:
a. 虚拟机栈 (栈桢中的本地变量表) 中的引用的对象
b. 方法区中的类静态属性引用的对象
c. 方法区中的常量引用的对象
d. 本地方法栈中 JNI 的引用的对象
java 语言对象引用类型
无论是引用计数算法还是可达性分析算法, 都涉及到对象的引用, 在 Java 中, 引用分为强引用, 软引用, 弱引用, 虚引用(幽灵引用)4 种, 这四种引用强度依次逐渐减弱. 所谓强引用, 就是我们平时最常用的 new 一个新对象, 比如:
Object object = new Object();
强引用的对象永远不会被 GC 回收, 即使在内存不足的情况下, JVM 宁愿抛出 OutOfMemory 错误也不会回收这种对象, 因此, 我们看许多优秀框架的源码的时候, 经常会看到如下代码:
后面有注释 //help gc, 将对象置为 null, 帮助 GC 进行垃圾回收, 这里就是消除强引用, 让无用对象的内存能被顺利回收. 有兴趣的童鞋可以多多翻看优秀框架的源码, 比如 JDK/Spring 中肯定会有大量这样的写法, 足见这些源码作者的态度之严谨, 编程功力之深厚, 值得我们学习!
而软引用, 弱引用, 虚引用这几类在 JDK 中都有对应的实现, 分别对应 SoftReference/WeakReference/PhantomReference, 由于博客篇幅有限, 不能所有知识点都讲得很详细, 只能告诉童鞋们有这些知识点, 有兴趣的童鞋可以自己下去学习了解.
GC 回收策略
讲完了 GC 如何确定哪些对象需要回收之后, 我们再来看看 GC 进行垃圾回收有哪些策略, 一般而言, 有三种: 标记清除算法 / 复制算法 / 标记整理算法.
1. 标记清除算法
标记清除算法是最基础的回收算法, 分为标记和清除两个部分: 首先标记出所有需要回收的对象, 这一过程在可达性分析过程中进行. 在标记完之后统一回收所有被标记的对象:
这种算法的缺点很明显, 就是会产生大量不连续的内存碎片, 导致经常无法分配出较大的内存, 从而不得不经常触发垃圾回收.
2. 复制算法
既然不能回收出连续的内存空间, 那就从一开始就把内存划分为两个区, 平时只用一个区域, 当其中一个区域内存满了, 触发 GC 时, 找出无需回收的对象, 将它们全部转移到另一块未使用的区域, 并且整理到一起使之连续, 如此循环, 这就是复制算法:
复制算法改善了标记清楚算法中内存碎片不连续的缺点, 但是它的缺点也很明显, 内存利用率不高, 每次只能使用 50% 的内存.
3. 标记整理算法
既然复制算法每次只能使用一半的内存, 内存使用率不高, 那就再继续优化, 还是和标记清楚算法一样使用全部区域的内存, 不同于标记清除算法的是进行垃圾回收时, 确认无需回收的对象, 然后将这些对象进行整理后向一端移动:
标记整理算法的优点在于内存使用率更充分, 并且不会产生大量内存碎片.
堆 (Heap) 中的回收算法
java 堆采用分代搜集来进行垃圾回收. 首先明确一点, 堆中为什么要进行分代? 或者说, java 堆为什么要使用分代收集算法来进行垃圾回收? 因为据权威统计, 80% 以上的对象都是朝生夕死, 即这些对象随着方法的执行完毕而不再使用, 可以被回收, 而剩余的 20% 左右的对象是还需要继续被使用, 无法回收的, 因此, JDK 根据对象的这种特点进行分代收集, 一句话概括就是对象的生命周期不同.
所谓分代收集, 就是把 java 堆分为新生代和老年代, 老年代采用标记整理算法, 而新生代采用复制算法, 其中将新生代划分为伊甸园区 (Eden) 和幸存区(Survivor)S0 以及 S1(有的也称之为 Survivor from 和 Survivor to), 默认情况下其比例为 8:1:1, 而整个新生代和老年代的比例为 1:2(即新生代占整个堆区 1/3, 而老年代占 2/3):
至于新生代和老年代的详细工作流程, 就不再赘述, 网上这种博客太多了. 需要注意的是, 发生在新生代的 GC 称之为 Minor GC 或者 Young GC, 而发生在老年代的 GC 称之为 Full GC 或者 Major GC, 一般而言, Full GC 的效率会比 Minor GC 低十倍以上!
读完本篇文章, 我相信童鞋们应该对 JVM 垃圾回收有了一定的了解, 下一篇文章, 让我们来学习一下 JVM 篇最后一个知识点, 也是最重要的知识点 ---JVM 性能调优, 敬请期待!
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来源: http://www.tuicool.com/articles/JbY3muB