JVM :垃圾回收机制（GC）

Posted 2022-12-31 kongliuyi

垃圾的标准

对象被判定为垃圾的标准：

• 没有被其他对象引用

判断对象是否为垃圾的算法：

• 引用计数算法
• 可达性分析算法

引用计数算法

判断对象的引用数量：

• 通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收
• 每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1
• 任何引用计数 为0的对象实例可以被当作垃圾收集

代码示例

    public void  ReferenceQuoteCounterProblem()
        MyObject object1 = new MyObject();  //（1） count=1  创建对象

        MyObject object2=object1;  //（2） count=2

        object1= null;   //（3）count=1

        object2=null;   //（4）  count=0  该对象实例可以被当作垃圾收集

    

如下图所示，每一根指向或剪断堆中的线代表引用计数器+1或-1

 

优点：执行效率高，程序执行受影响较小

缺点：无法检测出循环引用的情况，导致内存泄漏

代码示例

    public void  ReferenceQuoteCounterProblem2()
        MyObject object1 = new MyObject();
        MyObject object2 = new MyObject();

        object1.childNode = object2;
        object2.childNode = object1;

    

 

注：该算法机制在jvm不常用

可达性分析算法

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

 

可以作为GC Root的对象

• 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中 的本地变量表）
• 方法区中的常量引用的对象
• 方法区中的类静态属性引用的对象
• 本地方法栈中JNI（Native方法）的引用对象
• 活跃线程的引用的对象

回收算法

垃圾回收算法

• 标记-清除算法（Mark-Sweep）
• 复制算法（Copying）
• 标记-整理算法（Compacting）
• 分代收集算法（Generational Collector）

 注：这里只讲最常用的四种回收算法

标记-清除算法（Mark-Sweep）

此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。

• 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
• 清除：对堆内存从头到尾镜像线性遍历，回收不可达对象内存

如下图所示

 

 注：该算法缺点明显，由于标记清除不需要对象的移动，因此会造成多个不连续的碎片。空间碎片太多，当存在分配较大的对象内存（占四个格子）时，没有足够的连续内存，而不得不提前触发另一次GC工作（一直保持clean状态）， 导致OOM

复制算法（Copying）

此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。次算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不会出现“碎片”问题。当然，此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍内存空间。（推倒重建，只需要移动堆顶指针，按顺序分配内容，高效简单）

1. 分为对象面和空闲面
2. 对象在对象面上创建
3. 存活的对象被从对象面复制到空闲面
4. 将对象面所有对象内存清除

如下图所示

优点：

• 解决碎片化问题
• 顺序分配内存，简单高效
• 适用于对象存活低的场景（分代收集-年轻代）

标记-整理算法（Compacting）

此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象，第二阶段遍历整个堆，把清除未标记对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。（标记加移动地址造成成本更高）

• 标记：从根集合进行扫描，对存活对象进行标记
• 整理-清除：移动所有存活的对象，且按照内存地址依次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收

如下图所示

优点：

• 避免内存的不连续性
• 不用设置两块内存互换
• 适用于存活率高的场景（分代收集-老年代）

分代收集算法（Generational Collector）

这种收集器把堆栈分为两个或多个域，用以存放不同寿命的对象。虚拟机生成的新对象一般放在其中的某个域中。过一段时间，继续存在的对象将获得使用期并转入更长寿命的域中。分代收集器对不同的域使用不同的算法以优化性能。这样可以减少复制对象的时间。（这里只演示JDK8中堆）

1. 垃圾回收算法的组合拳
2. 按照对象生命周期的不同划分区域，每个区域采用不同的垃圾回收算法
3. 目的：提高JVM的回收效率

在Java8及以上版本的虚拟机分代垃圾回收机制中，应用程序可用的堆空间可以分为年轻代与老年代，然后年轻代有被分为Eden区，From区与To区，如下图所示：

 

GC分类

• Minor GC:发生在年轻代中垃圾收集动作，采用的复制算法。
• Full Gc：发生在老年代中。

年轻代

年轻代是类的诞生、成长、消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命，具有有朝生夕死的性质。（尽可能快速地收集掉那些生命周期短的对象）

• 一个Eden区和两个Survivor区组成
• Eden与两个Survivor占比为8：1：1
• 年轻代占整个堆的1/3大小

采用算法

• 复制算法

年轻代三次GC回收流程图如下：

1. 当系统创建一个对象时，这个对象的年龄也被确定了（0岁），总是在Eden区操作，当这个区满了，那么就会触发一次YoungGC，也就是年轻代的垃圾回。一般来说这时候不是所有的对象都没用了，所以就会把还能用的对象复制到From区，这时From区的对象增加1（1岁）。
2. 这样整个Eden区就被清理干净了，可以继续创建新的对象，当Eden区再次被用完，就再触发一次YoungGC，然后呢，注意，这个时候跟刚才稍稍有点区别。这次触发YoungGC后，会将Eden区与From区还在被使用的对象复制到To区（年龄继续加1）。
3. 再下一次YoungGC的时候，则是将Eden区与To区中的还在被使用的对象复制到From区。
4. 经过若干次YoungGC后，有些对象在From与To之间来回游荡，这时候From区与To区亮出了底线（默认阈值15），这些家伙要是到现在还没挂掉，对不起，一起滚到（复制）老年代吧。

对象如何晋升到老年代

• 经历一定Minnor次数依然存活的对象
• Survivor区中存放放不下的对象
• 新生成的大对象（-XX:+PretenuerSizeThreshold）

常用的调优参数

• -XX:SurvivorRatio ：Eden与两个Survivor的比值，默认 8：1：1
• -XX：NewRatio：老年代和年轻代内存大小比例，默认 2：1
• -XX：MaxTenuringThreshold：对象从年轻代晋升到老年代经过GC次数的最大阈值

老年代

存放生命周期较长的对象

采用算法

• 标记-清理算法
• 标记-整理算法

触发Full GC的条件

• 老年代空间不足
• 永久代空间不足（JDK8之前存在）
• CMS GC时出现 promotion failed ，concurrent mode failure（可能触发）
• Minor GC 晋升到老年代的平均大小大于老年大剩余空间
• 调用System.gc()（可能触发）
• 使用RMI来进行RPC或者管理的JDK应用，每个小时执行一次Full GC