垃圾回收算法

概念

垃圾回收(Garbage Collection，GC)。程序的運行需要資源，無效的對象如果不及時清理就會一直占用資源，所以對內(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，而不用過多的考慮內(nèi)存的釋放問題，就有了我們十分熟悉的GC。然而當垃圾回收成為系統(tǒng)達到更高并發(fā)量的瓶頸時，我們就需要對這些自動化的技術(shù)進行一系列的監(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？
什么時候回收？
如何回收？

哪些垃圾需要回收呢？這個時候我們?nèi)绾闻袛嗄男ο?ldquo;活著”，哪些對象“死去”？于是就有了標記算法。

1.標記算法

垃圾收集器中標記算法有兩種，引用計數(shù)法和根可達算法

1.1 引用計數(shù)法（Reference Counting）

引用計數(shù)算法很簡單，它實際上是通過在對象頭中分配一個空間來保存該對象被引用的次數(shù)。如果該對象被其它對象引用，則它的引用計數(shù)加1，如果刪除對該對象的引用，那么它的引用計數(shù)就減1，當該對象的引用計數(shù)為0時，那么該對象就會被回收。

如：

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

如圖：

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

客觀來說，引用計數(shù)算法 效率高，實現(xiàn)簡單，然而，Java虛擬機沒有選取引用計數(shù)算法來管理內(nèi)存，主要是因為無法解決 循環(huán)引用的問題。

如：

objA.ref= objB;
objB.ref= objA

如圖：

實際上這兩個對象已經(jīng)不可能再被訪問，但是它們因為互相引用著對方，導致它們的引用計數(shù)都不為0，于是這兩個對象都無法被GC回收。

1.2 可達性分析算法(Reachable Analysis)

在Java中是通過可達性分析算法來判斷對象是否存活的。選定一系列稱為"GC ROOTS"的對象作為起始點，從這些對象向下搜索，搜索所走過的道路稱為引用鏈（Reference Chain）.當一個對象到GC ROOTS沒有任何引用鏈時，則不可達，這些對象會被判定可以回收。

如圖：

在Java中，能作為GC Roots的對象包含以下幾種

虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象
方法區(qū)中常量引用的對象
本地方法棧JNI（即一般說的Native方法）當中引用的對象

2.回收算法

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

2.1 標記清除算法 （Mark Sweep）

標記清除算法是最基礎(chǔ)的垃圾回收算法，同它的名字一樣，該算法有兩個過程，首先標記哪些是可回收的對象，然后進行內(nèi)存回收

標記: Collector從引用根結(jié)點開始遍歷,標記所有被引用的對象。一般是在對象的Header中記錄為可達對象。

清除: Collector對堆內(nèi)存從頭到尾進行線性的遍歷,如果發(fā)現(xiàn)某個對象在其Header中沒有標記為可達對象,則將其回收。從網(wǎng)上找張圖給大家解釋一下，

如圖：

缺點：

1.效率不高，標記過程和清除過程效率都一般

2.會產(chǎn)生很多空間碎片，可能會導致以后為大對象分配空間時因為找不到可用的連續(xù)內(nèi)存空間不得不再次進行GC。

2.2 復制算法（Copying）

GC復制算法(Copying GC)是由Marvin L. Minsky在1963年研究出來的算法。原理是把內(nèi)存分為兩個空間一個是From空間，一個是To空間，對象一開始只在From空間分配，To空間是空閑的。GC時把存活的對象從From空間復制粘貼到To空間，之后把To空間變成新的From空間，原來的From空間變成To空間。回收前后對比下圖所示：

如圖：

優(yōu)缺點：

1.復制算法實現(xiàn)簡單運行高效，不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片

2.但是將內(nèi)存縮小為原本的一半，代價略高。

現(xiàn)在虛擬機基本都采用這種垃圾回收算法回收新生代

2.3 標記壓縮算法（Mark-Compact）

標記壓縮算法（Mark-Compact），標記過程和標記清除算法的標記過程一樣，但是清理過程不同，會將存活對象移動到一端，然后清理掉端邊界之外的內(nèi)存，

如圖：

優(yōu)缺點：

標記整理算法效率低，但不用浪費內(nèi)存，也不會造成內(nèi)存碎片。

2.4 分代回收算法

因為新生代對象大量死去，少量存活，一般采用復制算法。老年代存活率高，回收的少，一般采用MC/MS（標記清除/標記壓縮）

如圖是我用arthas的dashboard命令輸出的本地的Memory信息。jdk1.8默認的垃圾回收器是ps+po(這個之后講)。可以看到新生代大?。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)對象活過第一次垃圾回收之后會進入survivor區(qū)（S0S1/S1S2）。在S1,S2之間經(jīng)過多次垃圾回收進入老年代。

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

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

2.4.2 老年代（tenured/old）

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

2.4.3 新生代何時進入老年代

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

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，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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