jvm学习笔记一（垃圾回收算法）

Posted 2020-08-13 草帽boy

一：垃圾回收机制的原因

　　java中，当没有对象引用指向原先分配给某个对象的内存时候，该内存就成为了垃圾。JVM的一个系统级线程会自动释放该内存块。垃圾回收意味着程序不再需要的对象是"无用信息"，这些信息将被丢弃。当一个对象不再被引用的时候，内存回收它占领的空间，以便空间被后来的新对象使用。事实上，除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存记录碎片。由于创建对象和垃圾回收器释放丢弃对象所占的内存空间，内存会出现碎片。碎片是分配给对象的内存块之间的空闲内存洞。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，JVM将整理出的内存分配给新的对象。

　　垃圾回收的优点：垃圾回收能自动释放内存空间，减轻编程的负担。首先，它能使编程效率提高。在没有垃圾回收机制的时候，可能要花许多时间来解决一个难懂的存储器问题。在用Java语言编程的时候，靠垃圾回收机制可大大缩短时间。其次是它保护程序的完整性， 垃圾回收是Java语言安全性策略的一个重要部份。

　　垃圾回收的缺点：垃圾回收的开销影响程序性能。Java虚拟机必须追踪运行程序中有用的对象，而且最终释放没用的对象。这一个过程需要花费处理器的时间。其次垃圾回收算法的不完备性，早先采用的某些垃圾回收算法就不能保证100%收集到所有的废弃内存。当然随着垃圾回收算法的不断改进以及软硬件运行效率的不断提升，这些问题都可以迎刃而解。

二：垃圾收集的算法分析

　　1.引用计数器算法：

　　引用计数法是唯一没有使用根集的垃圾回收的方法，该算法使用引用计数器来区分存活对象和不再使用的对象。

　　引用计数器算法是给每个对象设置一个计数器，当有地方引用这个对象的时候，计数器+1，当引用失效的时候，计数器-1，当计数器为0的时候，JVM就认为对象不再被使用，是“垃圾”了。

引用计数器实现简单，效率高；但是不能解决循环引用问问题（A对象引用B对象，B对象又引用A对象，但是A,B对象已不被任何其他对象引用），同时每次计数器的增加和减少都带来了很多额外的开销，所以在JDK1.1之后，这个算法已经不再使用了。

　　2.根搜索方法：

　　大多数垃圾回收算法使用了根集(root set)这个概念；所谓根集就是正在执行的Java程序可以访问的引用变量的集合(包括局部变量、参数、类变量)，程序可以使用引用变量访问对象的属性和调用对象的方法。垃圾回收首先需要确定从根开始哪些是可达的和哪些是不可达的，从根集可达的对象都是活动对象，它们不能作为垃圾被回收，这也包括从根集间接可达的对象。而根集通过任意路径不可达的对象符合垃圾收集的条件，应该被回收。下面介绍几个常用的算法。

　　2.1 标记—清除算法（Mark-Sweep）

　　原理：标记—清除算法包括两个阶段：“标记”和“清除”。在标记阶段，确定所有要回收的对象，并做标记。清除阶段紧随标记阶段，将标记阶段确定不可用的对象清除。

 

　　缺点：标记—清除算法是基础的收集算法，标记和清除阶段的效率不高，而且清除后回产生大量的不连续空间，这样当程序需要分配大内存对象时，可能无法找到足够的连续空间。

　　垃圾回收前：

 

　　　　　　

 

　　垃圾回收后：

 

　　　　　　

 

　　绿色：存活对象 红色：可回收对象 白色：未使用空间

　　2.2复制算法（Copying）

　　原理：复制算法是把内存分成大小相等的两块，每次使用其中一块，当垃圾回收的时候，把存活的对象复制到另一块上，然后把这块内存整个清理掉。

　　缺点：复制算法实现简单，运行效率高，但是由于每次只能使用其中的一半，造成内存的利用率不高。现在的JVM用复制方法收集新生代，由于新生代中大部分对象（98%）都是朝生夕死的，所以两块内存的比例不是1:1(大概是8:1)。

 

　　垃圾回收前：

　　　　　　

 

　　垃圾回收后：

 

　　　　　　　

 

　　　　绿色：存活对象 红色：可回收对象 白色：未使用空间

　　2.3 标记—整理算法（Mark-Compact）

　　原理：标记—整理算法和标记—清除算法一样，但是标记—整理算法不是把存活对象复制到另一块内存，而是把存活对象往内存的一端移动，然后直接回收边界以外的内存。

　　标记—整理算法提高了内存的利用率，并且它适合在收集对象存活时间较长的老年代。

　　垃圾回收前：

　　　　　　

　　垃圾回收后：

　　　　　　

　　　　　　绿色：存活对象 红色：可回收对象 白色：未使用空间

　　上面这四种是最基本的垃圾回收算法，在这四种算法思想之上发展出来其余算法，个人认为更多的是一种内存管理策略，甚至可以看成就是基本算法的组合应用，就像加减乘除与方程式的关系一样，因此将其分开描述。

 

　　3.渐进式算法

    这类算法一般由基本算法组成，其核心思想是将内存分区域进行管理，在不同的区域和不同的时间采用不同的内存管理策略，从而避免因全系统的垃圾回收导致程序长时间暂停。这类算法一般有以下几种：

 　　3.1.火车算法

    这种算法把成熟的内存空间划为固定长度的内存块，算法每次在一个块中单独执行，每一个块属于一个集合。此算法的具体执行步骤较复杂，且没有具体的应用场景，在此不浪费笔墨，有兴趣的同学可以自己研究之。

  　 3.2.分代收集算法

    这种算法在sun/oracle公司的Hotspot虚拟机中得到应用，是java程序员需要重点关注的一种算法。

    这种算法是通过对对象的生命周期进行分析后得出的，它将堆内存分成了三个部分：年青代，年老代，持久代(相当于方法区)。处于不同生命周期的对象被存储于不同的区域，并使用不同的算法进行回收。这种算法的具体执行细节将会在后续的学习笔记中详细介绍。

　　关于分代收集 详见 http://www.importnew.com/19255.html

    另外需要特别注意的是利用多线程实现的堆垃圾回收技术，这方面资料来源于网络，摘抄如下：

　4.多线程实现的堆垃圾回收技术

    4.1.串行收集

    串行收集使用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，实现容易，而且效率比较高。但是，其局限性也比较明显，即无法使用多处理器的优势，所以此收集适合单处理器机器。当然，此收集器也可以用在小数据量（100M左右）情况下的多处理器机器上。

    适用情况：数据量比较小（100M左右）；单处理器下并且对响应时间无要求的应用。

    缺点：只能用于小型应用。

    4.2.并行收集

    并行收集使用多线程处理垃圾回收工作，因而速度快，效率高。而且理论上CPU数目越多，越能体现出并行收集器的优势。

    适用情况：“对吞吐量有高要求”，多CPU、对应用响应时间无要求的中、大型应用。举例：后台处理、科学计算。

    缺点：应用响应时间可能较长 。

    4.3.并发收集

    相对于串行收集和并行收集而言，前面两个在进行垃圾回收工作时，需要暂停整个运行环境，而只有垃圾回收程序在运行，因此，系统在垃圾回收时会有明显的暂停，而且暂停时间会因为堆越大而越长。

    适用情况：“对响应时间有高要求”，多CPU、对应用响应时间有较高要求的中、大型应用。举例：Web服务器/应用服务器、电信交换、集成开发环境。

 

参考：

http://blog.csdn.net/zsuguangh/article/details/6429592

http://blog.csdn.net/ol_beta/article/details/6791229

https://my.oschina.net/GameKing/blog/198347