JVM垃圾回收(深入理解Java虚拟机学习笔记)

什么是垃圾

Java中那些不可达的对象就会变成垃圾。对象之间的引用可以抽象成树形结构,通过树根(GC Roots)作为起点,从这些树根往下搜索,搜索走过的链称为引用链。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,则证明这个对象为可回收的对象。

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和常量引用的对象
  • 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象

垃圾回收

Java与C语言相比的一个优势是,可以通过自己的JVM自动分配和回收内存空间

垃圾回收机制是由垃圾收集器Garbage Collection来实现的,GC是后台一个低优先级的守护进程。在内存中低到一定限度时才会自动运行,因此垃圾回收的时间是不确定的。为何要这样设计:因为GC也要消耗CPU等资源,如果GC执行过于频繁会对Java的程序的执行产生较大的影响,因此实行不定期的GC。

垃圾回收GC只能回收通过new关键字申请的内存(在堆上),但是堆上的内存并不完全是通过new申请分配的。还有一些本地方法,这些内存如果不手动释放,就会导致内存泄露,所以需要在finalize()中用本地方法(nativemethod)如free()操作等。

finalize()是由JVM自动调用的,你可以用System.gc(),但JVM不一定会立刻执行。JVM感觉内存空间有限时,才会开始执行finalize(),至于新的对象创建个数和被收集个数不同是因为收集的对象只和JVM的垃圾收集策略有关。

四种引用

强引用

就是指在程序代码之中普遍存在的,类似Object obj=new Object()这类的引用,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,即使抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止

软引用

是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中进行第二次回收。 如果这次回收还没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。 在JDK 1.2之后,提供了SoftReference类来实现软引用。

弱引用

弱引用也是用来描述非必需对象的,但是它的强度比软引用更弱一些,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。在JDK 1.2之后,提供了WeakReference类来实现弱引用。

虚引用

虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用,它是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收到一个系统通知。在JDK 1.2之后,提供了PhantomReference类来实现虚引用。

垃圾回收算法

1.标记-清除算法

《JVM垃圾回收(深入理解Java虚拟机学习笔记)》

最基础的收集算法是“标记-清除”(Mark-Sweep)算法,如同它的名字一样,算法分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出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,它的标记过程其实在前一节讲述对象标记判定时已经介绍过了。 之所以说它是最基础的收集算法,是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。 它的主要不足有两个:一个是效率问题,标记和清除两个过程的效率都不高;另一个是空间问题,标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片,空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时,无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。 标记—清除算法的执行过程如上图所示。

2.复制算法

《JVM垃圾回收(深入理解Java虚拟机学习笔记)》

为了解决效率问题,一种称为“复制”(Copying)的收集算法出现了,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。 这样使得每次都是对整个半区进行内存回收,内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况,只要移动堆顶指针,按顺序分配内存即可,实现简单,运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半,未免太高了一点。 复制算法的执行过程如上图所示。

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代,IBM公司的专门研究表明,新生代中的对象98%是“朝生夕死”的,所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间,而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间,每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时,将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上,最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。 HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1,也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%(80%+10%),只有10%的内存会被“浪费”。 当然,98%的对象可回收只是一般场景下的数据,我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活,当Survivor空间不够用时,需要依赖其他内存(这里指老年代)进行分配担保(Handle Promotion)。

内存的分配担保就好比我们去银行借款,如果我们信誉很好,在98%的情况下都能按时偿还,于是银行可能会默认我们下一次也能按时按量地偿还贷款,只需要有一个担保人能保证如果我不能还款时,可以从他的账户扣钱,那银行就认为没有风险了。 内存的分配担保也一样,如果另外一块Survivor空间没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象时,这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。

3.标记-整理算法

《JVM垃圾回收(深入理解Java虚拟机学习笔记)》

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。

根据老年代的特点,有人提出了另外一种“标记-整理”(Mark-Compact)算法,标记过程仍然与“标记-清除”算法一样,但后续步骤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,“标记-整理”算法的示意图如上图所示。

4.分代收集算法

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/sted_zxz/article/details/72472338
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