JavaSE必备知识点9-垃圾回收机制

简要了解Java的垃圾回收机制

垃圾回收系统

垃圾回收系统是Java虚拟机的重要组成部分,垃圾回收器可以对方法区、Java堆和直接内存进行回收。其中,Java堆是垃圾收集器的工作重点。和C\C++不同,Java中所有的对象空间释放都是隐式的,也就是说,Java中没有类似free()或者delete()这样的函数释放指定的内存区域。对于不再使用的垃圾对象,垃圾回收系统会在后台默默工作、默默查找、标识并释放垃圾对象,包括完成Java堆、方法区和直接内存中的全自动化管理。

Java引入了垃圾回收机制,解决了令C++程序员最头疼的内存管理问题。Java程序员可以将更多的精力放到业务逻辑上而不是内存管理工作上,大大的提高了开发效率。

分代垃圾回收机制

分代垃圾回收机制,是基于这样一个事实:不同的对象的生命周期是不一样的。因此,不同生命周期的对象可以采取不同的回收算法,以便提高回收效率。我们将对象分为三种状态:年轻代、年老代、持久代

对于HotSpot虚拟机而言:Java虚拟机(JVM)也正是根据对象存活的周期不同,将堆内存划分为 Eden、Survivor (放置年轻态)和 Tenured/Old (放置年老态)空间。持久代则存放在方法区当中。

为什么要分代?

上面简要说明了一下,这里详细说:堆内存是虚拟机管理的内存中最大的一块,给堆内存分代是为了提高对象内存分配和垃圾回收的效率。试想一下,如果堆内存没有划分区域,所有的新创建对象和生命周期很长的对象放在一起,随着程序的执行,堆内存需要频繁进行垃圾收集,而每次回收都要遍历所有的对象,遍历这些对象所花费的时间代价就是巨大的,会严重影响我们的GC效率。

对象的三代

(一)年轻代

HotSpot将年轻代划分为三块,一块较大的Eden空间和两块较小的survivor空间,默认比例是8:1:1。划分的目的是因为HotSpot采用复制算法来回收新生代,设置这个比例是为了充分利用内存空间,减少浪费。一般来说,所有的新生对象首先都放在Eden区。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象,对应的是Minor GC,每次Minor GC会清理年轻代的内存,算法采用效率较高的复制算法(下面会提到),频繁的操作,但是会浪费内存空间。当“年轻代”区域存放满对象后,就将对象存放到年老代区域。

Minor GC:用于清理年轻代区域。Eden区满了就会触发一次Minor GC。清理无用对象,将有用对象复制到Survivor1、Survivor2区中(这两个区,大小空间也相同,同一时刻Survivor1和Survivor2只有一个在用,一个为空)。

(二)年老代

在年轻代的Survivor区经历了N(默认15)次垃圾回收后仍然存活的对象,就会被放到年老代中。因此,可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长,存活率较高的对象。老年代中进行垃圾回收的频率相对而言较低,而且回收的速度也比较慢。年老代对象越来越多(达到某个阈值),我们就需要启动Major GC。当年老代Old区满的时候,就会触发Full GC(全量回收),来一次大扫除,全面清理年轻代区域和年老代区域。

Major GC:用于清理老年代区域。

Full GC:用于清理年轻代、年老代区域。 成本较高,会对系统性能产生影响。 所以我们需要尽量避免使用Full GC。

(三)持久代

用于存放静态文件,如Java类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。对于这一区域而言,Java虚拟机规范指出可以不进行垃圾收集,因此持久代对垃圾回收没有显著的影响。

该区域会再JDK后续版本中慢慢的被移除,因此不是重点。

垃圾回收过程

1.png

1、新创建的对象,绝大多数都会存储在Eden中。

2、当Eden满了(达到一定比例)不能创建新对象,则触发垃圾回收(Minor GC),将无用对象清理掉,然后剩余对象复制到某个Survivor中,如Survivor 1,同时清空Eden区。

3、当Eden区再次满了(达到阈值),会将Survivor 1中的不能清空的对象复制到另外一个Survivor中(按照连续空间进行复制),如Survivor 2,同时将Eden区中的不能清空的对象,也复制到Survivor 2中,保证Eden和Survivor 1,均被清空。

4、重复多次(默认15次)Survivor中没有被清理的对象,则会复制到老年代Old(Tenured)区中。

5、当Old区满了,则会触发一个一次完整地垃圾回收(FullGC),之前新生代的垃圾回收称为(minorGC)。

注意:当执行完Minor GC后,出现剩余的存活对象过多,一个Survivor区域放不下时,就会需要依赖老年代进行分配担保,将这些对象存放在老年代中。

Full GC调用条件

1、年老代被写满。

2、持久代被写满。

3、System.gc()被显式调用(程序建议GC启动,而不是直接调用GC)。

4、上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化。

垃圾回收原理和算法

Java的内存管理很大程度上指的就是对象的管理,其中包括对象空间的分配和释放

对象空间的分配:使用new关键字创建对象即可。

对象空间的释放:将对象赋值null即可。垃圾回收器将负责回收所有“不可达”对象的内存空间。

垃圾回收过程

任何一种垃圾回收算法一般要做两件基本事情:

  • 发现无用的对象
  • 回收无用对象占用的内存空间。

垃圾回收机制保证可以将“无用的对象”进行回收,无用的对象是指没有任何变量引用该对象。Java的垃圾回收器通过相关算法发现无用对象,并进行清除和整理。

常见垃圾回收算法

(一)引用计数法

堆中每个对象都有一个引用计数。被引用一次,计数加一;被引用变量值变为null,则计数减1,直到计数为0,则表示变成无用对象。优点是算法简单,缺点是无法识别“循环引用的无用对象”。就像下面:

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public class Student {
String name;
Student friend;

public static void main(String[] args) {
Student s1 = new Student();
Student s2 = new Student();

s1.friend = s2;
s2.friend = s1;
s1 = null;
s2 = null;
}
}

(二)引用可达法★:

程序把所有的引用关系看作一张图,从一个节点GC ROOT开始,寻找对应的引用节点,找到这个节点以后,继续寻找这个节点的引用节点,当所有的引用节点寻找完毕之后,剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点,即无用的节点。

(三)复制算法:

此算法把内存空间划分为两个相等的区域,每次只使用其中的一个区域。垃圾回收时,遍历当前使用区域,把正在使用的对象复制到另外一个区域。该算法每次只处理正在使用中的对象,因此复制成本比较小,同时复制过去以后还能进行相应的内存整理,不会出现“碎片”问题。当然,此算法的缺点也是很明显的,就是需要两倍内存空间。

(四)标记整理算法:

此算法将标记的回收之后,还会进行内存的整理,这样就不会产生过多的碎片。

垃圾收集器

我们这里所说的垃圾回收器有两大类,一类是对年轻代进行垃圾收集,另一类是对年老代进行的垃圾收集器。在我们oracle sun公司名为HotSpot的JVM里,一共提供了七个垃圾回收器,其中三个针对年轻代、三个针对年老代,最后一个是对年轻代和年老代都提供支持。

年轻代收集器serialParNewparallel scavenge

年老代收集器CMS(coucurrent Mark sweep)Serial OldParallel Old

最后一个:G1(gabage first)

serial串行收集器

该收集器特点是:只用一个CPU/一条收集线程去完成GC工作,即单线程收集,且在进行垃圾收集时必须暂停其他所有的工作线程(Stop The World) 。

新生代使用复制算法,老年代使用标记–整理算法。

ParNew并行收集器

就是在serial的基础上变成了多线程收集器,也是采用了复制算法。而且也并不是变成多线程收集器就会提高效率,在某些单核(只有一个CPU)的机器上,多线程效率 反而可能会低于serial。

Parallel scavenge收集器

与ParNew类似,Parallel scavenge 也是使用复制算法,也是并行多线程收集器,但与其他收集器关注尽可能缩短垃圾收集时间不同,Parallel scavenge更关注系统吞吐量。

系统吞吐量 = 运行用户代码时间/(运行用户代码时间 + 垃圾收集时间)。

Serial Old收集器

Serial Old 是Serial收集器的年老代版本,同样是单线程收集器,使用标记-整理算法。在做垃圾回收的同时,会进行内存对象的整理,不会产生过多的碎片。

可以和年轻代的任何一个收集器进行搭配使用。

Parallel Old收集器

Parallel Old是Parallel 收集器的年老代版本,也是标记整理算法,吞吐量优先。

CMS收集器

CMS是一个并发收集器。能和serial 和 parNew收集器进行组合。

G1收集器

G1是一款面想服务端应用的收集器,主要目标用于配备多颗CPU的服务器治理大内存。 G1中虽然还保留着新生代和年老代的概念,但不在是物理上的隔离,而是逻辑上的区别。

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