GC簡介

何為GC

GC（Garbage Collection）稱之為垃圾回收，是對內(nèi)存中的垃圾對象,采用一定的算法進行內(nèi)存回收的一個動作。比方說，java中的垃圾回收會對內(nèi)存中的對象進行遍歷，對存活的對象進行標記，其未標記對象可認為是垃圾對象，然后基于特定算法進行回收。

為何要學(xué)習(xí)GC

深入理解GC的工作機制，可以幫你寫出更好的Java應(yīng)用，提高開發(fā)效率，同時也是進軍大規(guī)模應(yīng)用開發(fā)的一個前提。

GC垃圾對象判定

引用計數(shù)法

這個算法是給每一個對象設(shè)置一個引用計數(shù)器，每當有一個地方引用這個對象的時候，計數(shù)器就加 1，與之相反，每當引用失效的時候就減 1。也就是以計數(shù)來判斷對象是否為垃圾。當某個對象的引用計數(shù)器的值為0時，表示這個對象不會在被實用，JVM中的GC被觸發(fā)時，可回收這個對象。如圖所示：

其中：

• 綠色云朵是內(nèi)存中的根對象，表示程序中正在使用的對象。
• 藍色圓圈是內(nèi)存中的活動對象，其中的數(shù)字表示其引用計數(shù)。
• 灰色圓圈是內(nèi)存中沒有活動對象引用的對象，表示非活動對象。

對于引用計數(shù)法，實現(xiàn)簡單，垃圾對應(yīng)也便于識別。但也有一些缺陷，我們每個對象都需要有一個單獨的對象引用計數(shù)器，這個計數(shù)器的值還要經(jīng)常更新，還有就是有一個最嚴重的循環(huán)引用問題，如圖所示：

其中紅色對象實際上是應(yīng)用程序不使用的垃圾。但由于引用計數(shù)的限制，仍然存在內(nèi)存泄漏。當然也有一些辦法來應(yīng)來對這種情況, 例如 “弱引用”(‘weak’ references)或者使用其它的算法來排查循環(huán)引用等。

可達性分析法

這個算法的核心思路就是通過一系列的“GC Roots”對象作為起始點，從這些對象開始往下搜索，搜索所經(jīng)過的路徑稱之為“引用鏈”。當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連的時候，證明此對象是可以被回收的。否則，證明這個對象有用，不是垃圾。如圖所示：

在GC遍歷(traverses)內(nèi)存中整體的對象關(guān)系圖(object graph)時，首先要確定根對象,那什么樣的對象可作為根對象呢？GC規(guī)范中指出根對象可以是：

1）Java 虛擬機棧中的引用對象；
2）本地方法棧中 JNI（既一般說的 Native 方法）引用的對象；
3）方法區(qū)中類靜態(tài)常量的引用對象；
4）方法區(qū)中常量的引用對象。

當確定了根對象以后，進而從根對象開始進行依賴查找，所有可訪問到的對象都認為是存活對象，然后進行標記（mark）。

說明：標記可達對象需要暫停所有應(yīng)用線程, 以確定對象的引用關(guān)系。其暫停的時間, 與堆內(nèi)存大小、對象的總數(shù)沒有直接關(guān)系, 而是由存活對象(alive objects)的數(shù)量來決定。

常見GC算法分析

標記清除

標記清除(Mark-Sweep)算法分為“標記”和“清除”階段，它首先會標記出內(nèi)存中所有不需要回收的對象，然后從內(nèi)存中清除所有未標記的對象。 如圖所示：

標記清除算法的的優(yōu)點是簡單直接，缺點是效率低，并且可能會產(chǎn)生大量不連續(xù)的碎片。說它效率低是因為標記和清除兩個過程都需要掃描內(nèi)存空間（第一次：標記存活對象，第二次：清除沒有標記的對象）。還有就是，清除后產(chǎn)生的大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片空間，無法滿足較大對象的存儲需求，這樣就可能會再次觸發(fā)垃圾回收。所以此垃圾回收算法，應(yīng)該適合對象存活率較高的的內(nèi)存區(qū)域(比方說JVM中的老年代)。

標記復(fù)制

標記復(fù)制（Mark-Copy）算法是將內(nèi)存分為大小相同的兩塊，當這一塊使用完了，就把當前存活的對象復(fù)制到另一塊，然后一次性清空當前區(qū)塊。如圖所示：

“標記-復(fù)制”算法的缺點顯而易見，就是內(nèi)存空間利用率低，適用于那些對象生命周期短、回收頻率高的內(nèi)存區(qū)域（比方說JVM中的年輕代）。

標記整理

標記整理清除(Mark-Sweep-Compact)算法結(jié)合了“標記-清除”和“復(fù)制”兩個算法的優(yōu)點。第一階段從根節(jié)點開始標記所有被引用對象，第二階段遍歷整個堆，把存活對象“壓縮”復(fù)制到堆的其中一塊空間中，按順序排放。第三階段清理掉存活邊界以外的全部內(nèi)存空間。如圖所示：

系統(tǒng)GC時每次執(zhí)行清除(sweeping)操作, JVM 都必須保證“不可達對象“占用的內(nèi)存能被回收然后重用。內(nèi)存是被回收了，但這有可能會產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片(類似于磁盤碎片), 進而引發(fā)兩個問題:

• 對象創(chuàng)建時，執(zhí)行寫入操作越來越耗時, 因為尋找一塊足夠大的空閑內(nèi)存會變得更加麻煩。
• 對象創(chuàng)建時, JVM需要在連續(xù)的內(nèi)存塊中為對象分配內(nèi)存。如果碎片問題很嚴重, 直至沒有空閑片段能存放新創(chuàng)建的對象,就會發(fā)生內(nèi)存分配錯誤(allocation error)。

為了解決碎片問題，JVM在啟動GC執(zhí)行垃圾收集的過程中, 不僅僅是標記和清除, 還需要執(zhí)行 “內(nèi)存碎片整理”。這個過程會讓所有可達對象(reachable objects)進行依次移動,進而可以消除(或減少)內(nèi)存碎片，并為新對象提供更大并且連續(xù)的內(nèi)存空間。

標記整理算法避免了“標記-清除”的碎片問題，同時也避免了“復(fù)制”算法的空間問題,由于需要向一側(cè)移動等一系列操作，其效率相對低一些，但對內(nèi)存空間管理上十分優(yōu)異。適用于那些生命周期長、回收頻率低，但注重回收一次內(nèi)存空間得到足夠釋放的場景。

分代回收

我們知道垃圾收集要停止整個應(yīng)用程序的運行，那么假如這個收集過程需要的時間很長，就會對應(yīng)用程序產(chǎn)生很大性能問題，如何解決這個問題呢？通過實驗發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中的對象通?？梢詫⑵浞譃閮纱箢悾?/p>

• 存活時間較短(這樣的對象比較多)。
• 存活時間較長(這樣的對象比較少)。

基于對如上問題的分析，科學(xué)家提出了分代回收思路，將VM中內(nèi)存分為年輕代(Young Generation)和老年代(Old Generation-老年代有時候也稱為年老區(qū)(Tenured)。例如：

Young區(qū)存儲的就是那些生命周期短，使用一兩次就不再使用的對象，回收一次基本上該區(qū)域十之有八的對象全部被回收清理掉，因此Young區(qū)采用的垃圾回收算法也就是“標記-復(fù)制”算法。Old區(qū)存儲的是那些生命周期長，經(jīng)過多次回收后仍然存活的對象，就把它們放到Old區(qū)中，Old區(qū)一般不去判斷這些對象的可達性，直到Old區(qū)不夠用為止，再進行一次統(tǒng)一的回收，釋放出足夠的連續(xù)的內(nèi)存空間。所以我們選擇“標記-清除”或“標記-整理”算法進行垃圾收集。

在分代回收過程中，垃圾收集事件(Garbage Collection events)通常分為:

• Minor GC （小型GC）：年輕代GC事件，(新對象)分配頻率越高, Minor GC 的頻率就越高。
• Major GC (大型GC): 老年代GC事件。
• Full GC （完全GC）:整個堆的GC事件。

說明：一般情況下可以將Major GC與Full GC看成是同一種GC。

章節(jié)面試分析

1)何為GC？
2)為什么要GC？
3)如何判定內(nèi)存中的對象是否為垃圾對象？
4)常用垃圾回收算法有哪些？

到此這篇關(guān)于JVM中的GC初識的文章就介紹到這了,更多相關(guān)初識JVM中的GC內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評論