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JVM 垃圾回收机制

Hosee
 Hosee
发布于 2016/03/20 18:09
字数 2016
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1. GC的概念

Garbage Collection 垃圾收集

Java中,GC的对象是堆空间和永久区(如果对Java内存区域不太了解,请查看Java内存区域)

2. GC算法

2.1 引用计数法

老牌垃圾回收算法
通过引用计算来回收垃圾

使用者:

  • COM
  • ActionScript3
  • Python

引用计数器的实现很简单,对于一个对象A,只要有任何一个对象引用了A,则A的引用计数器就加1,当引用失效时,引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0,则对象A就不可能再被使用。

所以当一个对象的引用数量为0,就意味着没有人引用了这个对象,就可以将这个对象GC掉。

引用计数法的问题

  • 引用和去引用伴随加法和减法,影响性能
  • 很难处理循环引用

从上图可以看出,右边的3个对象,最后的引用计数都是1,但是都不被根对象所引用,三个垃圾对象循环引用,导致都无法被回收。

这里要注意的是,引用计数法在Java中没有采用。

2.2 标记-清除

标记-清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。标记-清除算法将垃圾回收分为两个阶段:标记阶段和清除阶段。一种可行的实现是,在标记阶段,首先通过根节点,标记所有从根节点开始的可达对象。因此,未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。然后,在清除阶段,清除所有未被标记的对象。

2.3 标记-压缩

标记-压缩算法适合用于存活对象较多的场合,如老年代。它在标记-清除算法的基础上做了一些优化。和标记-清除算法一样,标记-压缩算法也首先需要从根节点开始,对所有可达对象做一次标记。但之后,它并不简单的清理未标记的对象,而是将所有的存活对象压缩到内存的一端。之后,清理边界外所有的空间。


2.4 复制算法

  • 与标记-清除算法相比,复制算法是一种相对高效的回收方法
  • 不适用于存活对象较多的场合 如老年代
  • 将原有的内存空间分为两块,每次只使用其中一块,在垃圾回收时,将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中,之后,清除正在使用的内存块中的所有对象,交换两个内存的角色,完成垃圾回收


复制算法的问题空间浪费,只能使用一半空间

通过整合标记清理思想来使得空间不怎么浪费


上图中老年代与复制算法关系不大,老年代一般是担保空间。
最上面那块大的区域,当做对象产生的空间。

中间那块就是复制算法的核心区域,两块区域相同大小的空间。

具体步骤是:

1. 在最上面那块大的区域产生新对象。

2. 大对象不太适合在复制空间,因为复制空间的容量是有限的,所以需要一个大的空间做担保,所以让老年代做担保。这样产生的大对象直接进入老年代。

3. 每一次GC,对象的年龄就会+1,一个对象在几次GC后仍然没有被回收,则这个对象就是一个老年对象。老年对象是一个长期被引用的对象,老年对象将被放入老年代。

4. 步骤1中产生的小对象,将进入到复制空间。原先复制空间中的新对象也将被复制到另一块复制空间

5. 清空垃圾对象

-XX:+PrintGCDetails的输出


根据-XX:+PrintGCDetails的输出,我们可以看到

一个堆分为new generation(新生代) , tenured generation(老年代)和compacting perm gen。

new generation分为eden space,from space(有些地方称为s0和s1,表示幸存代) , to space。

eden space就是上面那种图中,对象产生的地方。

from space和to space是两块大小一样的区域,是上图中的复制空间。

new generation的可用总空间就是eden space+一块复制空间(另一块不算),但是根据new generation的地址访问可以算出是eden space + 两块复制空间区域,所以复制算法浪费了一部分空间。

2.5 分代思想

依据对象的存活周期进行分类,短命对象归为新生代,长命对象归为老年代。
根据不同代的特点,选取合适的收集算法

  • 少量对象存活,适合复制算法
  • 大量对象存活,适合标记清理或者标记压缩

进入老年代的对象有两种情况:

1. 新生代空间不够,老年代做担保存放一些大对象

2. 某些对象多次GC后仍然存在,进入老年代。

老年代的大多数对象都是第2种情况,所以老年代的对象的生命周期比较长,GC的发生也比较少,会有大量对象存活,所以不用复制算法,而改为标记清理或者标记压缩。

所有的算法,需要能够识别一个垃圾对象,因此需要给出一个可触及性的定义

3. 可触及性

可触及的

  • 从根节点可以触及到这个对象
可复活的
  • 一旦所有引用被释放,就是可复活状态
  • 因为在finalize()中可能复活该对象
不可触及的
  • 在finalize()后,可能会进入不可触及状态
  • 不可触及的对象不可能复活
  • 可以回收
下面举个例子来说明可复活这个状态:
public class CanReliveObj
{
	public static CanReliveObj obj;

	@Override
	protected void finalize() throws Throwable
	{
		super.finalize();
		System.out.println("CanReliveObj finalize called");
		obj = this;
	}

	@Override
	public String toString()
	{
		return "I am CanReliveObj";
	}

	public static void main(String[] args) throws InterruptedException
	{
		obj = new CanReliveObj();
		obj = null; // 可复活
		System.gc();
		Thread.sleep(1000);
		if (obj == null)
		{
			System.out.println("obj 是 null");
		}
		else
		{
			System.out.println("obj 可用");
		}
		System.out.println("第二次gc");
		obj = null; // 不可复活
		System.gc();
		Thread.sleep(1000);
		if (obj == null)
		{
			System.out.println("obj 是 null");
		}
		else
		{
			System.out.println("obj 可用");
		}
	}

}

输出:

CanReliveObj finalize called
obj 可用
第二次gc
obj 是 null
一般我们认为,对象赋值null后,对象就可以被GC了,在上述实例中,在finalize中,又将obj=this,使对象复活。因为finalize只能调用一次,所以第二次GC时,obj被回收。

因此对于finalize会有这样的建议:

  • 经验:避免使用finalize(),操作不慎可能导致错误。
  • finalize优先级低,何时被调用(在GC时被调用,何时发生GC不确定) 不确定
  • 可以使用try-catch-finally来替代它
另外在之前,我们一直在提到从根出发,那么根是指哪些对象呢?
  • 栈中引用的对象
  • 方法区中静态成员或者常量引用的对象(全局对象)
  • JNI方法栈中引用对象

4. Stop-The-World

Stop-The-World是Java中一种全局暂停的现象。

全局停顿,所有Java代码停止,native代码可以执行,但不能和JVM交互

多半由于GC引起,当然Dump线程、死锁检查、堆Dump都有可能引起Stop-The-World

GC时为什么会有全局停顿?

类比在聚会时打扫房间,聚会时很乱,又有新的垃圾产生,房间永远打扫不干净,只有让大家停止活动了,才能将房间打扫干净。

危害

长时间服务停止,没有响应
遇到HA系统,可能引起主备切换,严重危害生产环境。

新生代的GC(Minor GC),停顿时间比较短

老年代的GC(Full GC),停顿时间可能比较长



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