Java中的垃圾回收

Posted 2022-12-13 凉茶方便面

对象是否存活

引用计数算法：一般判定对象是否存活的方式是通过引用计数器来记录和判定的。其过程大概是记录一个对象被引用的次数，当增加这个对象的引用时就将引用次数加1；当一个引用失效时就将引用次数减1，当对象的引用次数为0时就回收这个对象。这种方式简单且方便（有许多语言也都使用了这种方式，如Python），但是它不能解决对象间的循环引用问题。

可达性分析算法：Java中是通过可达性分析（Reachability Analysis）来判定对象是否存活的。它会选取一系列的对象作为“GC Roots”，然后判定这些GC Roots和其他对象之间的可达性，如果对象不可达，则说明这个对象不可用，即可被回收。

在Java中可作为GC Roots的对象包括以下几种：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象；
• 方法区中类静态属性引用的对象；
• 方法区中常量引用的对象；
• 本地方法栈中JNI（即Native方法）引用的对象。

垃圾收集算法

标记-清除算法（Mark-Sweep）：该算法分为两个阶段，即标记和清除。它首先标记处所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。缺点：标记和清除的效率都不高；无法充分利用碎片化内存。

复制算法（Copying）：将可用内存按照容量分为大小相等的两块，每次只使用其中一块，当这一块内存用完时，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后把已经使用过的内存空间一次清理掉。这种算法每次可以回收整个内存的一半，且实现简单运行高效，但是其代价为缩小内存的一半，故代价太高。JVM中的新生代一般会采用这种办法进行内存管理，但是它将内存分为一份Eden和两份Survivor，然后按照8:1:1（默认，但是可以调整）的方式进行分配，每次使用一份Eden一份Survivor，回收时将这两个中存活的对象收集到另外一份Survivor中，然后继续使用这另外一份Survivor和Eden空间作为新的内存空间。当Survivor空间不足时需要依赖其他内存进行分配担保。

标记-整理算法（Mark-Compact）：其标记过程和“标记-清理算法”一致，但是后续不是直接对可回收内存进行清理，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。

分代收集算法：将Java堆分为新生代和老年代，根据各个年代的特点采用最合适的收集算法。新生代回收时会有大量死亡对象，因此采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。老年代对象存活率高，没有额外空间对它进行担保，就必须用“标记-清理”或者“标记-整理”算法进行回收。

Java虚拟机中依据这些原理实现了Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old 、CMS（concurrent Mark Sweep）、G1等垃圾回收器，这些垃圾回收器各自拥有各自的优势，它们的关注点各不相同，因此只能根据各自业务的需要不同，选择不同的垃圾回收器。Serial只使用一个线程进行垃圾回收，在进行垃圾回收时必须停顿所有其他工作线程；ParNew是Serial的多线程版本，可以使用多个线程进行垃圾回收；Parallel Scavenge是新生代收集器，它可以提供可控的吞吐量（可手工或自动化配置最大垃圾停顿时间或者吞吐量）；Serial Old是Serial的老年代版本，它也是单线程的收集器；Parallel Old是Parallel Scavenge的老年代版本，是多线程收集器；CMS是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器，它比较重视相应速度，一般适合于Java网站应用或者B/S系统的服务器上；G1是最新的收集器。