JVM垃圾回收算法

概述

JVM中，程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧都是都是線程私有的，隨線程而生隨線程而滅，棧幀（棧中的對(duì)象）隨著方法的進(jìn)入和退出做入棧和出棧操作，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的內(nèi)存清理。

因此，我們的內(nèi)存垃圾回收主要集中于 java 堆和方法區(qū)中，在程序運(yùn)行期間，這部分內(nèi)存的分配和使用都是動(dòng)態(tài)的。

判斷對(duì)象是否存活

?引用計(jì)數(shù)：記錄每個(gè)對(duì)象被其他對(duì)象所持有的引用數(shù)，被引用加一，引用時(shí)效減一。計(jì)數(shù)器為0則表示不可用。很難解決對(duì)象之間相互循環(huán)引用問(wèn)題。（目前已經(jīng)不用：不能解決循環(huán)依賴的現(xiàn)象）?可達(dá)性分析算法：從GC root對(duì)象向下搜索其所有走過(guò)的路徑為引用鏈，當(dāng)一個(gè)對(duì)象不再被任何的GC root對(duì)象引用鏈相連是說(shuō)明對(duì)象不再可用。

在 Java 中可以作為 GC Roots 的對(duì)象有以下幾種：

OopMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)GCRoot對(duì)象，但是隨著系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致OopMap會(huì)逐漸變大，所以也并不會(huì)存儲(chǔ)所有的GCRoot對(duì)象，而是在一個(gè)所謂的安全點(diǎn)進(jìn)行記錄GCRoot對(duì)象。

垃圾回收算法

標(biāo)記-清除算法

“標(biāo)記-清除”（Mark-Sweep）算法，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：? ?

?????首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象?????在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收掉所有被標(biāo)記的對(duì)象。

之所以說(shuō)它是最基礎(chǔ)的收集算法，是因?yàn)楹罄m(xù)的收集算法都是基于這種思路并對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)而得到的。

它的主要缺點(diǎn)有兩個(gè)：? ?

?????一個(gè)是效率問(wèn)題，標(biāo)記和清除過(guò)程的效率都不高；?????另外一個(gè)是空間問(wèn)題，標(biāo)記清除之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致，當(dāng)程序在以后的運(yùn)行過(guò)程中需要分配較大對(duì)象時(shí)無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作。

復(fù)制算法

“復(fù)制”（Copying）算法，它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉。

這樣使得每次都是對(duì)其中的一塊進(jìn)行內(nèi)存回收，內(nèi)存分配時(shí)也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只要移動(dòng)堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效。

缺點(diǎn)

?????這種算法的代價(jià)是將內(nèi)存縮小為原來(lái)的一半，降低了內(nèi)存的利用率，持續(xù)復(fù)制長(zhǎng)生存期的對(duì)象則導(dǎo)致效率降低。?????在對(duì)象存活率較高時(shí)就要執(zhí)行較多的復(fù)制操作，效率將會(huì)變低

標(biāo)記整理算法

復(fù)制收集算法在對(duì)象存活率較高時(shí)就要執(zhí)行較多的復(fù)制操作，效率將會(huì)變低。更關(guān)鍵的是，如果不想浪費(fèi)50%的空間，就需要有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保，以應(yīng)對(duì)被使用的內(nèi)存中所有對(duì)象都100%存活的極端情況，老年代一般不能直接選用這種算法（老年代一般是存活時(shí)間較長(zhǎng)的大對(duì)象）。

根據(jù)老年代的特點(diǎn)，有人提出了另外一種“標(biāo)記-整理”（Mark-Compact）算法，標(biāo)記過(guò)程仍然與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存，這種算法克服了復(fù)制算法的低效問(wèn)題，同時(shí)克服了標(biāo)記清除算法的內(nèi)存碎片化的問(wèn)題；

分代收集算法

“分代收集”（Generational Collection）算法，是一種劃分的策略，把Java堆分為新生代和老年代，

根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

?在新生代中，每次垃圾收集時(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對(duì)象死去，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對(duì)象的復(fù)制成本就可以完成收集。?而老年代中因?yàn)閷?duì)象存活率高、沒(méi)有額外空間對(duì)它進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用“標(biāo)記-清理”或“標(biāo)記-整理”算法來(lái)進(jìn)行回收。

對(duì)象存活率低，使用復(fù)制算法，分為：Eden區(qū)，Survivor區(qū)（Survivor from/to）比例為8:1:1

新產(chǎn)生的對(duì)象首先進(jìn)入Eden區(qū)，當(dāng)Eden區(qū)滿了使用Survivor from當(dāng)Survivor from滿了進(jìn)行新生代GC（Minior GC），首先將Eden區(qū)和Survivor from區(qū)存活的對(duì)象復(fù)制到Survivor to區(qū)，然后清空Eden和Survivor from區(qū)，此時(shí)Survivor from區(qū)變成Survivor to區(qū)，Survivor to 變成Survivor from區(qū)；如果復(fù)制的時(shí)候發(fā)現(xiàn)Survivor to無(wú)法容納全部存活對(duì)象，則根據(jù)老年代的分配擔(dān)保將對(duì)象copy進(jìn)老年代，如果老年代無(wú)法容納，則進(jìn)行Full GC老年代GC。

?1、大對(duì)象直接進(jìn)入老年代：可根據(jù)JVM參數(shù)配置-XX:PretenureSizeThreshold，大于配置值即可，這樣防止Eden區(qū)和Survivor區(qū)頻繁的內(nèi)存復(fù)制?2、長(zhǎng)期存活的對(duì)象進(jìn)入老年代：可以根據(jù)JVM參數(shù)配置年齡，每進(jìn)行一次GC并且能被Survivor容納，則年齡+1，如果年齡達(dá)到配置值，對(duì)象會(huì)進(jìn)入老年代，參數(shù)配置：XX:MaxTenuringThreshold；JVM并不是永遠(yuǎn)要求年齡必須達(dá)到最大年齡才會(huì)晉升老年代——如果Survivor 空間中相同年齡（如年齡為x）所有對(duì)象大小的總和大于Survivor的一半，年齡大于等于x的所有對(duì)象直接進(jìn)入老年代，無(wú)需等到最大年齡要求。

為什么要有兩個(gè)Survivor：

主要是為了解決內(nèi)存碎片化和效率問(wèn)題。如果只有一個(gè)Survivor時(shí)，每觸發(fā)一次minor gc都會(huì)有數(shù)據(jù)從Eden放到Survivor，一直這樣循環(huán)下去。注意的是，Survivor區(qū)也會(huì)進(jìn)行垃圾回收，這樣就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存碎片化問(wèn)題。

碎片化會(huì)導(dǎo)致堆中可能沒(méi)有足夠大的連續(xù)空間存放一個(gè)大對(duì)象，影響程序性能。如果有兩塊Survivor就能將剩余對(duì)象集中到其中一塊Survivor上，避免碎片問(wèn)題。

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本文作者：Java技術(shù)債務(wù)?

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