垃圾回收算法

概念

垃圾回收(Garbage Collection，GC)。程序的運(yùn)行需要資源，無(wú)效的對(duì)象如果不及時(shí)清理就會(huì)一直占用資源，所以對(duì)內(nèi)存資源管理就變得十分重要。而Java為了讓我們更多的關(guān)注代碼本身，而不用過(guò)多的考慮內(nèi)存的釋放問(wèn)題，就有了我們十分熟悉的GC。然而當(dāng)垃圾回收成為系統(tǒng)達(dá)到更高并發(fā)量的瓶頸時(shí)，我們就需要對(duì)這些自動(dòng)化的技術(shù)進(jìn)行一系列的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。 

GC主要需要完成三件事情 ：

哪些內(nèi)存需要回收？
什么時(shí)候回收？
如何回收？

哪些垃圾需要回收呢？這個(gè)時(shí)候我們?nèi)绾闻袛嗄男?duì)象“活著”，哪些對(duì)象“死去”？于是就有了標(biāo)記算法。

1.標(biāo)記算法

垃圾收集器中標(biāo)記算法有兩種，引用計(jì)數(shù)法和根可達(dá)算法

1.1 引用計(jì)數(shù)法（Reference Counting）

引用計(jì)數(shù)算法很簡(jiǎn)單，它實(shí)際上是通過(guò)在對(duì)象頭中分配一個(gè)空間來(lái)保存該對(duì)象被引用的次數(shù)。如果該對(duì)象被其它對(duì)象引用，則它的引用計(jì)數(shù)加1，如果刪除對(duì)該對(duì)象的引用，那么它的引用計(jì)數(shù)就減1，當(dāng)該對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，那么該對(duì)象就會(huì)被回收。

如：

A objA = new A();
B objB = new B();
objA.ref = objB;

如圖：

對(duì)象 A 的實(shí)例在Java堆中就是一塊內(nèi)存而已，而objA 做為一個(gè)局部變量引用了它，所以它的引用計(jì)數(shù)就是1，對(duì)象B的實(shí)例在堆中也是一塊內(nèi)存，objB這個(gè)局部變量引用了它，然后objA又引用了它一次，所以它的引用計(jì)數(shù)就是2。

客觀來(lái)說(shuō)，引用計(jì)數(shù)算法 效率高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，然而，Java虛擬機(jī)沒(méi)有選取引用計(jì)數(shù)算法來(lái)管理內(nèi)存，主要是因?yàn)闊o(wú)法解決 循環(huán)引用的問(wèn)題。

如：

objA.ref= objB;
objB.ref= objA

如圖：

實(shí)際上這兩個(gè)對(duì)象已經(jīng)不可能再被訪問(wèn)，但是它們因?yàn)榛ハ嘁弥鴮?duì)方，導(dǎo)致它們的引用計(jì)數(shù)都不為0，于是這兩個(gè)對(duì)象都無(wú)法被GC回收。

1.2 可達(dá)性分析算法(Reachable Analysis)

在Java中是通過(guò)可達(dá)性分析算法來(lái)判斷對(duì)象是否存活的。選定一系列稱為"GC ROOTS"的對(duì)象作為起始點(diǎn)，從這些對(duì)象向下搜索，搜索所走過(guò)的道路稱為引用鏈（Reference Chain）.當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC ROOTS沒(méi)有任何引用鏈時(shí)，則不可達(dá)，這些對(duì)象會(huì)被判定可以回收。

如圖：

在Java中，能作為GC Roots的對(duì)象包含以下幾種

虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對(duì)象
方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
方法區(qū)中常量引用的對(duì)象
本地方法棧JNI（即一般說(shuō)的Native方法）當(dāng)中引用的對(duì)象

2.回收算法

當(dāng)成功區(qū)分出哪些是存活對(duì)象哪些是死亡對(duì)象之后，GC接下來(lái)的任務(wù)就是執(zhí)行垃圾回收,釋放掉無(wú)用對(duì)象所占用的內(nèi)存空間,以便有足夠的可用內(nèi)存空間為新對(duì)象分配內(nèi)存。常用的垃圾回收算法有 標(biāo)記清除算法、復(fù)制算法、標(biāo)記壓縮算法。

2.1 標(biāo)記清除算法 （Mark Sweep）

標(biāo)記清除算法是最基礎(chǔ)的垃圾回收算法，同它的名字一樣，該算法有兩個(gè)過(guò)程，首先標(biāo)記哪些是可回收的對(duì)象，然后進(jìn)行內(nèi)存回收

標(biāo)記: Collector從引用根結(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷,標(biāo)記所有被引用的對(duì)象。一般是在對(duì)象的Header中記錄為可達(dá)對(duì)象。

清除: Collector對(duì)堆內(nèi)存從頭到尾進(jìn)行線性的遍歷,如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)對(duì)象在其Header中沒(méi)有標(biāo)記為可達(dá)對(duì)象,則將其回收。從網(wǎng)上找張圖給大家解釋一下，

如圖：

缺點(diǎn)：

1.效率不高，標(biāo)記過(guò)程和清除過(guò)程效率都一般

2.會(huì)產(chǎn)生很多空間碎片，可能會(huì)導(dǎo)致以后為大對(duì)象分配空間時(shí)因?yàn)檎也坏娇捎玫倪B續(xù)內(nèi)存空間不得不再次進(jìn)行GC。

2.2 復(fù)制算法（Copying）

GC復(fù)制算法(Copying GC)是由Marvin L. Minsky在1963年研究出來(lái)的算法。原理是把內(nèi)存分為兩個(gè)空間一個(gè)是From空間，一個(gè)是To空間，對(duì)象一開(kāi)始只在From空間分配，To空間是空閑的。GC時(shí)把存活的對(duì)象從From空間復(fù)制粘貼到To空間，之后把To空間變成新的From空間，原來(lái)的From空間變成To空間?；厥涨昂髮?duì)比下圖所示：

如圖：

優(yōu)缺點(diǎn)：

1.復(fù)制算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單運(yùn)行高效，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片

2.但是將內(nèi)存縮小為原本的一半，代價(jià)略高。

現(xiàn)在虛擬機(jī)基本都采用這種垃圾回收算法回收新生代

2.3 標(biāo)記壓縮算法（Mark-Compact）

標(biāo)記壓縮算法（Mark-Compact），標(biāo)記過(guò)程和標(biāo)記清除算法的標(biāo)記過(guò)程一樣，但是清理過(guò)程不同，會(huì)將存活對(duì)象移動(dòng)到一端，然后清理掉端邊界之外的內(nèi)存，

如圖：

優(yōu)缺點(diǎn)：

標(biāo)記整理算法效率低，但不用浪費(fèi)內(nèi)存，也不會(huì)造成內(nèi)存碎片。

2.4 分代回收算法

因?yàn)樾律鷮?duì)象大量死去，少量存活，一般采用復(fù)制算法。老年代存活率高，回收的少，一般采用MC/MS（標(biāo)記清除/標(biāo)記壓縮）

如圖是我用arthas的dashboard命令輸出的本地的Memory信息。jdk1.8默認(rèn)的垃圾回收器是ps+po(這個(gè)之后講)?？梢钥吹叫律笮。ㄒ恋閰^(qū)和s區(qū)），老年代大小。

2.4.1 新生代（Eden區(qū)/伊甸區(qū)）

年輕代的對(duì)象處于一種“朝生夕死”的狀態(tài)，在年輕代的GC叫做YGC(Minor GC)。Eden區(qū)對(duì)象活過(guò)第一次垃圾回收之后會(huì)進(jìn)入survivor區(qū)（S0S1/S1S2）。在S1,S2之間經(jīng)過(guò)多次垃圾回收進(jìn)入老年代。

-XX：MaxTenuringThreshold 可以配置多少次從年輕代進(jìn)入老年代

在多線程那我們整過(guò)這張圖，再看一下，分代年齡只有4bit，意味著對(duì)象的最大年齡只有15-----可以通過(guò)上面的參數(shù)設(shè)置大小，最大15，之后要是沒(méi)有被gc就會(huì)進(jìn)入老年代。

2.4.2 老年代（tenured/old）

進(jìn)入老年代的對(duì)象大多數(shù)活過(guò)了年輕代的多次gc，因此不會(huì)頻繁死亡，老年代的GC叫做（Major GC）FULL GC。FGC的效率比YGC低的多，在老年代無(wú)法繼續(xù)分配空間的時(shí)候觸發(fā)，觸發(fā)是新生代老年代一起進(jìn)行回收。

2.4.3 新生代何時(shí)進(jìn)入老年代

1. 超過(guò) XX:MaxTenuringThreshold 指定次數(shù)
2. 動(dòng)態(tài)年齡，S0->S1超過(guò)50%，把年齡最大的放到Old
3. 分配擔(dān)保：YGC期間，survivor區(qū)空間不夠了，空間擔(dān)保直接進(jìn)入老年代

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容!  

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