JVM系列 从一到掌握JVM系列之垃圾回收算法

Posted 2022-04-27 wx61cd7f82847ee

标记阶段：引用计数算法

垃圾标记阶段：对象存活判断

• 在堆里存放着几乎所有的 Java 对象实例，在 GC执行垃圾回收之前，首先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有被标记为己经死亡的对象，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间，因此这个过程我们可以称为垃圾标记阶段。
• 那么在 JVM 中究竟是如何标记一个死亡对象呢？简单来说，当一个对象已经不再被任何的存活对象继续引用时，就可以宣判为已经死亡。
• 判断对象存活一般有两种方式：引用计数算法和可达性分析算法。

方式一：引用计数算法

• 引用计数算法（Reference Counting）比较简单，对每个对象保存一个整型的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。

• 对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1；当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。

• 优点：实现简单，垃圾对象便于辨识；判定效率高，回收没有延迟性。

• 缺点：

  • 它需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。
    每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销。
  • 引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。这是一条致命缺陷，导致在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

循环引用

当p的指针断开的时候，内部的引用形成一个循环，这就是循环引用，从而造成内存泄漏。

举例

/**
 * -XX:+PrintGCDetails
 * 证明：java使用的不是引用计数算法
 * @author shkstart
 * @create 2020 下午 2:38
 */
public class RefCountGC 
    //这个成员属性唯一的作用就是占用一点内存
    private byte[] bigSize = new byte[5 * 1024 * 1024];//5MB

    Object reference = null;

    public static void main(String[] args) 
        RefCountGC obj1 = new RefCountGC();
        RefCountGC obj2 = new RefCountGC();

        obj1.reference = obj2;
        obj2.reference = obj1;

        obj1 = null;
        obj2 = null;
        //显式的执行垃圾回收行为
        //这里发生GC，obj1和obj2能否被回收？
        System.gc();

        try 
            Thread.sleep(1000000);
         catch (InterruptedException e) 
            e.printStackTrace();
        
    

通过 ​​-XX:+PrintGCDetails​​ 输出详细信息

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 15497K->696K(76288K)] 15497K->704K(251392K), 0.0013045 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 696K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->624K(175104K)] 704K->624K(251392K), [Metaspace: 3274K->3274K(1056768K)], 0.0043467 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 76288K, used 655K [0x000000076ad80000, 0x0000000770280000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 1% used [0x000000076ad80000,0x000000076ae23ee8,0x000000076ed80000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076ed80000,0x000000076ed80000,0x000000076f800000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076f800000,0x000000076f800000,0x0000000770280000)
 ParOldGen       total 175104K, used 624K [0x00000006c0800000, 0x00000006cb300000, 0x000000076ad80000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c0800000,0x00000006c089c178,0x00000006cb300000)
 Metaspace       used 3281K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 359K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

我们能够看到，上述进行了GC收集的行为，将上述的新生代中的两个对象都进行回收了

PSYoungGen: 15490K->808K(76288K)] 15490K->816K(251392K)

如果使用引用计数算法，那么这两个对象将会无法回收。而现在两个对象被回收了，说明Java使用的不是引用计数算法来进行标记的。

引用计数算法，是很多语言的资源回收选择，例如因人工智能而更加火热的 Python，它更是同时支持引用计数和垃圾收集机制。

具体哪种最优是要看场景的，业界有大规模实践中仅保留引用计数机制，以提高吞吐量的尝试。

Java 并没有选择引用计数，是因为其存在一个基本的难题，也就是很难处理循环引用关系。

Python 如何解决循环引用？

手动解除：很好理解，就是在合适的时机，解除引用关系。

使用弱引用 weakref，weakref 是 Python 提供的标准库，旨在解决循环引用。