Java垃圾收集器与内存分配策略（GC机制）

2018年2月19日 0条评论 0人点赞

本文介绍Java对象是否死亡判定方法（引用计数算法，可达性分析算法），垃圾收集算法，HotSpot虚拟机的垃圾收集器，JVM内存分配与回收策略以及新生代GC（Minor GC）与老年代GC（Major GC/Full GC）的区别。

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Java对象是否死亡判定方法

在堆里面存放着Java世界中几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事情就是要确定这些对象之中哪些还“存活”着，哪些已经“死亡”（即不可能被任何途径使用的对象）。

引用计数算法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加1；引用失效时，计数器减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

但是，主流的Java虚拟机里面没有选用引用计数器算法来管理内存，其中最主要的原因是它很难解决对象间循环引用的问题：

class A{
  public B b;
   
}
class B{
  public A a;
}
public class Main{
    public static void main(String[] args){
    A a = new A();
    B b = new B();
    a.b=b;
    b.a=a;
    }
}

在函数的结尾，a和b的计数均为2。

先撤销a，然后a的计数为1，在等待b.a对a的引用的撤销，也就是在等待b的撤销。

对于b来讲，也是同理。

两个对象都在等待对方撤销，所有这两个资源均不能释放。

可达性分析算法

在主流的商用程序语言（Java、C#、Lisp）的主流实现中都是通过可达性分析（Reachability Analysis）来判定对象是否存活的。

通过一些列称为“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（Reference Chain），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。

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。

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。

主要不足有两个：

效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高
空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片

复制算法

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，然后再把已经使用过的内存一次清理掉。

实现简单，运行高效，但是代价是将内存缩小为原来的一半。在对象存活率比较高时就要进行较多的复制操作，效率将会降低。

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，新生代中对象98%都是“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）

空间分配担保：如果出现大量对象在Minor GC后仍然存活的情况，就需要老年代进行分配担保，把Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。

标记-整理算法

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，而是让所有存活对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

这种算法适合老年代这种对象基本不会回收的情况。

分代收集算法

根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。对于新生代，每次垃圾收集时都有大批对象死去，就用复制算法；而对于老年代，对象存活率比较高，则使用标记-清理或者标记-整理进行回收。

垃圾收集器

HotSpot虚拟机的垃圾收集器如下图所示：

内存分配与回收策略

对象优先在Eden分配

大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配。当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次Minor GC。年轻代分为3个部分：Enden区和Survivor From和Survivor To区。

长期存活的对象将进入老年代（熬过一次Minor GC，年龄就增加1岁，当年龄增加到一定程度（默认15岁），就会进入老年代）

大对象直接进入老年代

所谓的大对象是指，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。

Minor GC与Major GC的区别

新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。

老年代GC（Major GC/Full GC）：指发生在老年代的垃圾收集工作，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但并非绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程），Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。

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