必知必会JVM垃圾回收——对象搜索算法与回收算法

垃圾回收(GC)是JVM的一大杀器,它使程序员可以更高效地专注于程序的开发设计,而不用过多地考虑对象的创建销毁等操作。但是这并不是说程序员不需要了解GC。GC只是Java编程中一项自动化工具,任何一个工具都有它适用的范围,当超出它的范围的时候,可能它将不是那么自动,而是需要人工去了解与适应地适用。

拥有一定工作年限的程序员,在工作期间肯定会经常碰到像内存溢出、内存泄露、高并发的场景。这时候在应对这些问题或场景时,如果对GC不了解,很可能会成为个人的发展瓶颈。

接下来的两文将详细学习下JVM中垃圾回收(GC)的各个知识要点。本文先从GC的算法开始先了解,铺垫好基础,下一篇再详细讲JVM具体的GC实现。

GC对象搜索算法

垃圾回收,第一件事就是要搞清楚哪些东西是垃圾,而后才能对这些垃圾进行回收。

那么有什么办法识别对象是否为无用的垃圾呢?狭义地,怎么判断对象是否没被引用呢?

通常有以下两种算法去识别判断

  • 引用计数算法

    这个算法非常简单。给对象一个计数器,每当这个对象被引用了,计数器值加一;引用失效,则减一。但这个对象计数值为0的时候,证明是无用对象,可以被GC程序回收掉。这种算法比较广泛应用在一些脚本语言上,如FLASH、PYTHON等。 但是引用计数算法无法解决对象间相互引用的问题。当a对象引用了b对象,b对象也引用了a对象,这样a、b两个对象的计数器值都不会为0,即使这两个对象都被其他对象所引用,最终导致这些对象一直无法被回收。这种情况往往会出现在比较复杂的编程语言中。

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  • 可达性分析算法

    可达性分析算法(GC roots算法),广泛应用于主流的商用语言。设置一个根节点,从图论角度来看,只要从该节点可达一个对象,证明这个对象是存活的(被引用)。

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通常地,GC会包含以下区域的对象:

  • 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;

垃圾回收算法

了解完垃圾是怎么找出来后,接下来看看它们是怎么被清除的。以下介绍几种清除的算法。

标记-清除算法(Mark-Sweep)

标记-清除,顾名思义,先标记垃圾,再清除。它是GC最基础的算法,后续很多算法都是基于它上面去改进的。

标记的过程在上面搜索GC对象已经介绍过了。被标记的对象,在统一GC的时候会把标记的对象清除掉。这个算法比较简单,不做过多赘述。

必知必会JVM垃圾回收——对象搜索算法与回收算法

这个算法有一个很明显的缺点,就是在垃圾回收后会产生大量不连续的碎片空间,导致程序要申请较大的对象时常无法找到合适的内存空间,迫使再次GC。

复制算法

复制算法的存在,正是为了解决内存碎片问题。并且这个算法也是分代算法的基础。

将内存分为大小相等的两块,每次程序只使用其中一块,当GC发生的时候,把存活的对象复制到另外一块内存中,整齐的排列,然后清空原来的那块内存。

必知必会JVM垃圾回收——对象搜索算法与回收算法

可以看到,这种算法有点新生代转移到老年代的感觉。

缺点:

  1. 把内存可使用的空间减少了一半,造成空间的浪费。
  2. 对象存活数量较多的时候,复制性能比较差

这种缺点,在老年代中,对象存活率比较高的场景下是非常场景间。

标记-整理算法(Mark-Compact)

针对复制算法的两个缺点,在老年代一般会用这种标记-整理算法。

把存活的对象移到内存的一段,然后把剩余的空间全部清空掉。

必知必会JVM垃圾回收——对象搜索算法与回收算法

分代收集算法

分代算法并不是一个特定的算法,也没有什么新的内容。而是把内存分成多个区域,一般为新生代、老年代等。然后根据不同区域不同的特点,用不同回收算法去回收垃圾。

例如新生代,对象存活率低,比较适用复制算法。老年代存活率高,比较适用Mark-Compact算法。

目前几乎所有的商业虚拟机都是采用分代收集的。具体不同的收集器在下一文再详细说明。

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原文 

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