深入理解Java虚拟机(二)垃圾收集算法

2019年3月10日 242次阅读 来源: java虚拟机

JVM讨论的需要垃圾回收的区域主要是指堆内存和方法区。

因为：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随线程而生,随线程而灭;栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊地执行着出栈和入栈操作。每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知。因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性,在这几个区域内就不需要过多考虑回收的问题,因为方法结束或者线程结束时,内存自然就跟随着回收了。

考虑下面三个问题：

  • 哪些内存需要回收？
  • 什么时候回收？
  • 怎么回收？

1.判断对象生死（用于堆内存回收）

堆内存中存放的是所有对象的实例，所以垃圾收集器在回收前做的第一件事就是确定这些对象哪些还活着，哪些已经死去（没有被任何途径使用，可被回收）。

  • 引用计数器算法：给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器就加1；当引用失败时，引用计数器就减1。当引用计数器为0时，对象就是不可能被使用的。（这种算法是不对的，因为它无法解决对象之间相互循环引用的问题）
  • 可达性分析算法：通过一系列“GC Roots”对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用相连。则证明此对象是不可用的。“GC Roots”对象来自于以下几个方面。
    • 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
    • 方法区中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（Native方法）引用的对象。

2.可能导致对象复活的finalize方法

经过可达性分析算法判断“对象不可达”以后，对象不一定就死，如果对象实现了finalize方法，且是第一次调用finalize方法，这时虚拟机将会先执行finalize方法，如果该方法中将自己（this关键字）赋值给某个静态变量（也称为类变量）或者对象的成员变量，这种情况该对象就不会被回收，也可被称为复活了。

  • finalize方法只会被自动调用一次。
  • finalize不一定会全部执行完毕。
  • finalize方法优先级很低。

如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放置在一个叫做F-Queue的队列之中，并在稍后会有一个由虚拟机自动建立的、优先级的Finalizer线程去执行它。但是虚拟机并不承诺会等待它运行结束，因为如果一个对象在finalize方法中执行缓慢，或者发生了死循环，将会导致F-Queue队列中其他对象永久处于等待，甚至整个内存回收系统崩溃。

3.方法区回收

此部分主要回收两部分：

  • 废弃常量
  • 无用的类
  • 废弃常量：加入字符串常量池里面的一个字符串“abc”，在当前没有任何一个String对象是叫做“abc”的，也就是没有任何String对象引用“abc”，这样的常量就是废弃常量。
  • 无用的类需要同时满足一下三点：
    • 该类所有的实例都被回收，Java堆内存中不存在任何该类的任何实例。
    • 加载该类的ClassLoader已经被回收。
    • 该类对应的java.long.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

废弃常量一定会被回收，但是满足上述3个条件的无用类进行回收,这里说的仅仅是“可以”,而并不是和对象一样,不使用了就必然会回收。HotSpot虚拟机提供了 -Xnoclassgc参数进行检测class的加载和卸载。

//查看类加载信息和类卸载信息的三个参数：
-verbose:class 
-XX:+TraceClassLoading //需要Product版的虚拟机中使用
-XX:+TraceClassUnLoading //需要FastDebug版虚拟机支持

4.垃圾收集算法

  • 标记-清除算法
  • 复制算法
  • 标记-整理算法

标记-清除算法：标记出所有需要清理的内存，编辑完成后统一进行清理。缺点：有可能将内存碎片化，导致内存不那么连续，如果下一次遇到大对象需要分配连续的内存空间，将提前触发下一次垃圾回收。所以效率较低。
《深入理解Java虚拟机(二)垃圾收集算法》

复制算法：它将可用内存按容量划分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上面,然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。缺点：内存缩小为了原来的一半。

复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作,效率将会变低。更关键的是,如果不想浪费50%的空间,就需要有额外的空间进行分配担保,以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况,所以在老年代一般不能直接选用这种算法。

《深入理解Java虚拟机(二)垃圾收集算法》

标记-整理算法：标记的过程与标记-清理的过程一样，标记后以不是直接对可回收对象进行清理,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

《深入理解Java虚拟机(二)垃圾收集算法》

非常重要：

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”(Generational Collection)算法,这种算法并没有什么新的思想,只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代,这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中,每次垃圾收集时都发现有大批对象死去,只有少量存活,那就选用复制算法,只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保,就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。

    原文作者：java虚拟机
    原文地址: https://blog.csdn.net/xyh930929/article/details/81121478
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