读《深入理解Java虚拟机》笔记(三)垃圾收集算法

 Java内存运行时的区域中,程序计数器,虚拟机栈,本地方法栈随线程而生,线程而亡。栈中栈帧随着方法的进入和退出有条理的执行着出栈和入栈操作。随着方法结束或者线程结束时,内存自然就跟着回收了。而java堆和方法区的内存和回收都是动态的,垃圾收集器所关注的就是这部分内存。

堆中垃圾回收机制

  在对象回收之前第一件事情就是确定那些对象还存活。判断对象是否存活的算法常见的有两种。

  引用计数器算法:给对象中添加一个引用计数器,引用一次+1,引用失效-1,任何时刻计数器为0的对象是不可能在被使用。但是很难解决对象之间互相循环引用问题。

  可达性分析算法:通过一系列“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索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时,则证明此对象是不可用的。

在java语言中,可作为GC Roots对象的有以下几种:

虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象

方法去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(Native方法)引用的对象

   对象引用:

强引用(Strong Reference):Object obj = new Object();只要强引用还存在, GC 永远不会回收掉被引用的对象 

软引用(Soft Reference):描述一些还有用但非必需的对象。在系统将会发生内存溢出之前,会把这些对象列入回收范围进行二次回收(即系统将会发生内存溢出了,才会对他们进行回收。) 

弱引用(Weak Reference):程度比软引用还要弱一些。这些对象只能生存到下次 GC 之前。当 GC 工作时,无论内存是否足够都会将其回收(即只要进行 GC,就会对他们进行回收。)
   虚引用(Phantom Reference):一个对象是否存在虚引用,完全不会对其生存时间构成响。 

  即使在可达性分析算法中不可达的对象,也至少经历两次标记过程: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,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finalizee()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“。

  如果这个对象被判定有必要执行finlalize()方法,那么这个对象将会放置在一个叫F-Quene的队列之中,并在稍后由虚拟机自动建立低优先级的Finalizer线程去执行它。这里所谓的”执行“是指虚拟机会触发这个方法,但并不承诺会等待它运行结束。Finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会。这种自救的机会只有一次,因为一个对象的finalize()方法最只会被系统自动调用一次。

 

方法区回收

  永久代的垃圾收集主要回收两部分内容:废弃常量和无用的类。回收常量和回收堆中的对象非常相似。而无用的类需要满足下面3个条件:一该类所有实例都已经被回收,也就是在堆中不存在该类的任何实例,二 加载该类的ClassLoader已经回收。该类对应的java.lang.class对象没有在任何地方被引用。满足以上条件就可以对类进行回收了,而不是一定会回收。

垃圾收集算法

  标记-清除算法: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。标记过程就是上一段的对象标记过程。主要不足,标记和清除的效率都不高,标记清除之后产生大量的不连续的内存碎片,有可能在分配较大对象时找不到连续的内存提前触发另一次垃圾收集动作。

  复制算法:将可用内存按容量大小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,就将还存活的对象复制到另一块上面,然后把已使用过的内存空间一次清理掉。现在的商业虚拟机都采用这种方法来回收新生代。具体的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和其中的一块Survicor.当回收时,将Eden空间和Survivor中还存活的对象一次性复制到另一块Survicor上,最后清理掉Eden和刚才使用的Survicor空间。Hotspot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1,也就是说每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%,只有10%的内存会被浪费。如果另外一块Surivivor空间没有足够的空间存放上一次新生代收集下来的存活对象,这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。

  标记-整理算法:根据老年代的特点提出的一种算法,标记过程和前面的一样,但是后续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

  分代收集算法:当前商业虚拟机都采用的算法。一般是将堆分为新生代和老年代。在新生代中,每次垃圾收集时都发现有大量的对象死去,只有少量存活,那就用复制算法。而老年代中因为对象存活率高,没有额外空间对它进行担保。就必须使用标记-整理,标记-清除算法来进行回收。

  HotSpot的算法实现

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,这项分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行——-这里的一致性指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,这点是导致GC进行时必须停顿所有JAVA执行线程的一个重要原因。由于当前主流虚拟机采用的都是准确式GC,所以在HotSpot中,使用一组称为OopMap的数据结构来达到虚拟机直接得知那些地方存放着对象引用

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,这些位置称为安全点,程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC,只有到达安全点时才才能暂停。在GC发生时让所有的线程(不包括执行JNI调用的线程)跑到安全点上再停顿下来。解决方案有两种:抢先式中断,在GC发生时,首先把所有的线程全部中断,如果发现有线程中断的地方不在安全点上,就恢复线程,让他跑到安全点上。主动式中断,当GC需要中断线程的时候,不直接对线程操作,仅仅简单的设置一个标志,各个线程执行时主动去轮询这个标志,发现中断标志为真时就自己中断挂起,轮询标志的地方和安全点是重合的,另外再加上创建对象需要分配内存的地方。

安全区域:是指在一段代码片段中,引用关系不会发生变化,在这个区域中的任意地方开始GC都是安全的。在线程执行到Safe Region中的代码时,首先标识自己已经进入了安全区域,当在这段时间里JVM要GC时,就不用管标识为safe Region状态的线程了,在线程要离开Safe Region 时,它要检查系统是否已经完成了根节点枚举或者时整个GC过程。如果完成了那线程就继续执行,否则就等待直到收到可以安全离开Safe Region的信号为止。

 

    原文作者:java虚拟机
    原文地址: https://blog.csdn.net/minecodelife/article/details/81282019
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