《深入理解Java虚拟机(第二版)》读书笔记之第三章《垃圾收集器与内存分配策略》

本章介绍了垃圾收集的算法、几款JDK1.7中提供的垃圾收集器特点以及运作原理。通过代码实例验证了Java虚拟机中自动内存分配及回收的主要规则。

第2章介绍了Java内存运行时区域的各个部分,其中程序计数器、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。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,内存自然就跟着回收了。而Java堆和方法区则不一样,一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样,一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样,我们只有在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象,这部分内存的分配和回收是动态的,垃圾收集器所关注的就是这部分内存。

目录

对象已死吗

1.判断对象是否存活的算法:引用计数算法、可达性分析算法

引用计数算法

可达性分析算法 

2.再谈引用:强引用、软引用、弱引用、虚引用

3.生存还是死亡

4.回收方法区

垃圾收集算法

HotSpot的算法实现

1.枚举根节点

2.安全点

3.安全区域

垃圾收集器

内存分配与回收策略

1.对象优先在Eden分配

2.大对象直接进入老年代

3.长期存活的对象将进入老年代

4.动态对象年龄判定

5.空间分配担保

对象已死吗

1.判断对象是否存活的算法:引用计数算法、可达性分析算法

引用计数算法

  • 基本思路:给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值加1;当引用失效时,计数器值就减1;任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用。
  • 引用计数算法实现简单,判定效率也很高,在大部分情况下它都是一个不错的算法。但是,至少主流的Java虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存,其中主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。

可达性分析算法 

  • 基本思路:通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为“引用链”,当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说,就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。如图所示,对象object5、object6、object7虽然互相有关联,但是它们到GC Roots是不可达的,所以它们将会被判定为是可回收的对象。

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  • 在Java语言中,可作为GC Roots的对象包括下面几种:

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(即一般说的Native方法)引用的对象。

2.再谈引用:强引用、软引用、弱引用、虚引用

强引用:类似“Object obj = new Object()”的引用,只要强引用还存在,垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。 

软引用:用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软引用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常之前,将会把这些对象列进回收范围之内进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。

弱引用:用来描述非必需对象,但它的强度比软引用更弱些,被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时,无论当前内存是否足够,都会回收掉只被弱引用关联的对象。

虚引用:最弱的一种引用关系,一个对象是否有虚引用的存在,完全不会对其生存时间构成影响,也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时候收到一个系统通知。

3.生存还是死亡

即使在可达性分析算法中不可达的对象,也并非是“非死不可”的,这时候它们暂时处于“缓刑”阶段,要真正宣告一个对象死亡,至少要经历两次标记过程:如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链,那它将会被第一次标记并且进行一次筛选,筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法,或者finalize()方法已经被虚拟机调用过,虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。

任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次,如果对象面临下一次回收,它的finalize()方法不会被再次执行。

另外,finalize()能做的所有工作,使用try-finally或者其他方式都可以做得更好、更及时,所以建议忘掉Java语言中这个方法的存在。

4.回收方法区

Java虚拟机规范中确实说过可以不要求虚拟机在方法区(或者HotSpot虚拟机中的永久代)实现垃圾收集,而且在方法区进行垃圾收集的“性价比”一般比较低。

方法区的垃圾收集主要回收两部分内容:废弃常量和无用的类。

废弃常量:以常量池中字面量的回收为例,假如一个字符串“abc”已经进入了常量池,但没有任何String对象引用常量池中的“abc”常量,也没有其他地方引用了这个字面量,如果这时发生内存回收,而且必要的话,这个“abc”常量就会被系统清理出常量池。常量池中的其他类(接口)、方法、字段的符号引用也与此类似。

类需同时满足下面三个条件才能算是“无用的类”:

(1)该类所有的实例都已经被回收,也就是Java堆中不存在该类的任何实例

(2)加载该类的ClassLoader已经被回收

(3)该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方通过反射访问该类的方法

垃圾收集算法

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HotSpot的算法实现

1.枚举根节点

从可达性分析中从GC Roots节点找引用链这个操作为例,可作为GC Roots的节点主要在全局性的引用(例如常量或类静态属性)与执行上下文(例如栈帧中的本地变量表)中。

另外,可达性分析对执行时间的敏感性还体现在GC停顿上。在整个分析期间整个执行系统看起来就像被冻结在某个时间点上,不可以出现分析过程中对象引用关系还在不断变化的情况,该点不满足的话分析结果准确性就无法得到保证。即使在号称(几乎)不会发生停顿的CMS收集器中,枚举根节点时也是必须要停顿的。

当执行系统停顿下来后,并不需要一个不漏地检查完所有执行上下文和全局的引用位置,虚拟机应当是有办法直接得知哪些地方存放着对象引用。在HotSpot的实现中,是使用一组成为OopMap的数据结构来达到这个目的的,在类加载完成时,HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来,在JIT编译过程中,也会在特定的位置记录下栈和寄存器中哪些位置是引用。这样,GC在扫面时就可以直接得知这些信息了。

2.安全点

HotSpot没有为每条指令都生成OopMap,只是在“特定的位置”记录了这些信息,这些位置成为“安全点”,即程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC,只有在到达安全点才能暂停。

安全点的选定基本上是以程序“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准完成选定的,“长时间执行”的最明显的特征就是指令序列复用。

3.安全区域

安全区域是指在一段代码之中,引用关系不会发生变化。在这个区域中的任何地方开始GC都是安全的。

垃圾收集器

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内存分配与回收策略

1.对象优先在Eden分配

-XX:+PrintGCDetails参数:告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志

2.大对象直接进入老年代

  • 大对象是指,需要大量连续内存空间的Java对象,最典型的大对象就是那种很长的字符串以及数组
  • 大对象对虚拟机的内存分配来说就是一个坏消息(但是,比遇到一个大对象更坏的消息就是遇到一群“朝生夕灭”的“短命大对象”,写程序的时候应该避免),经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就提前出发垃圾收集以获取足够的连续空间来“安置”他们
  • -XX:PretenureSizeThreshold参数:令大于这个设置值的对象直接在老年代分配

3.长期存活的对象将进入老年代

  • 虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄(Age)计数器。如果对象在Eden出生并经过一次Minor GC后仍然存活,并且能被Survivor容纳的话,将被移动到Survivor空间中,并且对象年龄设为1。每经历一次Minor GC,年龄增加一岁,当年龄达到一定程度(默认15岁),会晋升到老年代中
  • -XX:MaxTenuringThreshold参数:设置晋升老年代的年龄阀值

4.动态对象年龄判定

如果在survivor空间中相同年龄所有对象大小总和大于空间的一半,年龄大于等于该年龄的就可以直接进入老年代,无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄

5.空间分配担保

在发生Minor GC之前,虚拟机会先检查老年代最大可用连续空间是否大于新生代所有对象总空间,如果条件成立,则这次minor GC确保安全,如果不成立,则虚拟机会查看HandlePromotionFalture(=true/false) 设置值是否允许担保失败。如果允许,那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小,如果大于,将尝试着进行一次Minor GC,尽管有风险;如果小于或者HandlerPromotionFailtrue设置不允许冒险,那这时要改为进行一次Full GC。

    原文作者:java虚拟机
    原文地址: https://blog.csdn.net/weixin_40216444/article/details/81704024
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