jvm垃圾回收算法

trilever 發(fā)布于2019-08-14 14:15 / 723人閱讀

摘要：暫停整個(gè)應(yīng)用復(fù)制收集將堆內(nèi)存分成兩個(gè)相同空間，從根類似于前面的有向圖起始頂點(diǎn)開(kāi)始訪問(wèn)每一個(gè)關(guān)聯(lián)的可達(dá)對(duì)象，將空間的全部可達(dá)對(duì)象復(fù)制到空間，然后一次性回收空間。如果老年代空間也不夠或者達(dá)到觸發(fā)老年年垃圾回收條件的話則觸發(fā)一次。

[TOC]

引用計(jì)數(shù)

一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)計(jì)數(shù)器，創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，將其計(jì)數(shù)器置0

當(dāng)對(duì)象唄賦予任意變量時(shí)，引用計(jì)數(shù)器每次加1.

引用變量出了作用域后，該引用變量所引用的對(duì)象的計(jì)數(shù)器減1.

一旦引用計(jì)數(shù)器為0，對(duì)象就滿足垃圾收集的條件

優(yōu)點(diǎn)：基于引用計(jì)數(shù)器的垃圾收集器運(yùn)行較快，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間中斷程序執(zhí)行，適宜必須實(shí)時(shí)運(yùn)行的程序。

缺點(diǎn)：引用計(jì)數(shù)器增加了程序執(zhí)行的開(kāi)銷，因?yàn)槊看螌?duì)象賦予給新的變量，計(jì)數(shù)器加1，而每次引用變量出了作用域后，該引用的對(duì)象的計(jì)數(shù)器減1

還無(wú)法解決環(huán)形引用

Class A(){
    public B b = null;
}
Class B(){
    public A a = null;
}
public void test(){
    A a = new A();
    B b = new B();
    a.b=b;
    b.a = a
}

標(biāo)記-清除

mutator:除了垃圾收集器之外的部分，比如說(shuō)我們的應(yīng)用程序本身。職責(zé)（分配內(nèi)存），read(從內(nèi)存中讀取內(nèi)容)，write（將內(nèi)容寫(xiě)入內(nèi)存）

collector:回收不再使用的內(nèi)存，供mutator 使用new分配內(nèi)存

mutator roots：一般指的是分配在堆內(nèi)存之外，可以直接被mutator直接訪問(wèn)到的對(duì)象

標(biāo)記階段：collector從mutator根對(duì)象開(kāi)始進(jìn)行遍歷，能被mutator roots訪問(wèn)到的對(duì)象都打上一個(gè)標(biāo)識(shí)，記錄為可達(dá)對(duì)象

清除階段：collector對(duì)內(nèi)存從頭到尾進(jìn)行線性變量，如果某個(gè)對(duì)象沒(méi)有標(biāo)記為可達(dá)對(duì)象，就將其回收

從上圖我們可以看到，在Mark階段，從根對(duì)象1可以訪問(wèn)到B對(duì)象，從B對(duì)象又可以訪問(wèn)到E對(duì)象，所以B,E對(duì)象都是可達(dá)的。同理，F(xiàn),G,J,K也都是可達(dá)對(duì)象。到了Sweep階段，所有非可達(dá)對(duì)象都會(huì)被collector回收。同時(shí)，Collector在進(jìn)行標(biāo)記和清除階段時(shí)會(huì)將整個(gè)應(yīng)用程序暫停(mutator)，等待標(biāo)記清除結(jié)束后才會(huì)恢復(fù)應(yīng)用程序的運(yùn)行

缺點(diǎn)：標(biāo)記-清除算法的比較大的缺點(diǎn)就是垃圾收集后有可能會(huì)造成大量的內(nèi)存碎片，像上面的圖片所示，垃圾收集后內(nèi)存中存在三個(gè)內(nèi)存碎片，假設(shè)一個(gè)方格代表1個(gè)單位的內(nèi)存，如果有一個(gè)對(duì)象需要占用3個(gè)內(nèi)存單位的話，那么就會(huì)導(dǎo)致Mutator一直處于暫停狀態(tài)，而Collector一直在嘗試進(jìn)行垃圾收集，直到Out of Memory。暫停整個(gè)應(yīng)用

復(fù)制收集

將堆內(nèi)存分成兩個(gè)相同空間，從根（類似于前面的有向圖起始頂點(diǎn)）開(kāi)始訪問(wèn)每一個(gè)關(guān)聯(lián)的可達(dá)對(duì)象，將空間A的全部可達(dá)對(duì)象復(fù)制到空間B，然后一次性回收空間A。對(duì)于該算法而言，因?yàn)橹恍柙L問(wèn)所有的可達(dá)對(duì)象，將所有的可達(dá)對(duì)象復(fù)制走之后就直接回收整個(gè)空間，完全不用理會(huì)不可達(dá)對(duì)象，所以遍歷空間的成本較小，但需要巨大的復(fù)制成本和較多的內(nèi)存。

缺點(diǎn)：需要兩倍內(nèi)存空間。

優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)出現(xiàn)碎片

標(biāo)記-壓縮

此算法結(jié)合了“標(biāo)記-清除”和“復(fù)制”兩個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始標(biāo)記所有被引用對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把清除未標(biāo)記對(duì)象并且把存活對(duì)象“壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問(wèn)題，同時(shí)也避免了“復(fù)制”算法的空間問(wèn)題。

優(yōu)點(diǎn)：避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問(wèn)題，同時(shí)也避免了“復(fù)制”算法的空間問(wèn)題。

缺點(diǎn)：暫停整個(gè)應(yīng)用

增量收集

基礎(chǔ)仍是傳統(tǒng)的標(biāo)記－清除和復(fù)制算法。設(shè)計(jì)一個(gè)多進(jìn)程的運(yùn)行環(huán)境，比如用一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行垃圾收集工作，另一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行程序代碼。這樣一來(lái)，垃圾收集工作看上去就仿佛是在后臺(tái)悄悄完成的，不會(huì)打斷程序代碼的運(yùn)行。

缺點(diǎn)：垃圾收集器在第一階段中辛辛苦苦標(biāo)記出的結(jié)果很可能被另一個(gè)進(jìn)程中的內(nèi)存操作代碼修改得面目全非，以至于第二階段的工作沒(méi)有辦法開(kāi)展。---------解決辦法：優(yōu)化算法

優(yōu)點(diǎn)：垃圾收集工作看上去就仿佛是在后臺(tái)悄悄完成的，不會(huì)打斷程序代碼的運(yùn)行。

分代收集

新生代
新生代包括兩個(gè)區(qū)：Eden區(qū)和Survivor區(qū)，其中Survivor區(qū)一般也分成兩塊，簡(jiǎn)稱Survivor1 Space 和 Survivor2 Space （或者From Space 和 To Space）。新生代通常存活時(shí)間較短，因此基于標(biāo)記清除復(fù)制算法來(lái)進(jìn)行回收，掃描出存活的對(duì)象，并復(fù)制到一塊新的完全未使用的空間中，對(duì)應(yīng)于新生代，就是在Eden和From或To之間copy。新生代采用空閑指針的方式來(lái)控制GC觸發(fā)，指針保持最后一個(gè)分配的對(duì)象在新生代區(qū)間的位置，當(dāng)有新的對(duì)象要分配內(nèi)存時(shí)，用于檢查空間是否足夠，不夠就觸發(fā)GC。當(dāng)連續(xù)分配對(duì)象時(shí)，對(duì)象會(huì)逐漸從eden到Survior，最后到舊生代。

回收機(jī)制：復(fù)制回收

老年代
在垃圾回收多次，如果對(duì)象仍然存活，并且新生代的空間不夠，則對(duì)象會(huì)存放在老年代。

在老年代采用的是標(biāo)記清除壓縮算法。因?yàn)槔夏甏膶?duì)象一般存活時(shí)間比較長(zhǎng)，每次標(biāo)記清除之后，會(huì)有很多的零碎空間，這個(gè)就是所謂的浮動(dòng)垃圾。當(dāng)老年代的零碎空間不足以分配一個(gè)大的對(duì)象的時(shí)候，就會(huì)采用壓縮算法。在壓縮的時(shí)候，應(yīng)用需要暫停。

回收機(jī)制：標(biāo)記-壓縮

持久代
這部分空間主要存放java方法區(qū)的數(shù)據(jù)以及啟動(dòng)類加載器加載的對(duì)象。這一部分對(duì)象通常不會(huì)被回收。所以持久代空間在默認(rèn)的情況下是不會(huì)被垃圾回收的。

回收機(jī)制：不會(huì)被回收

首先想eden區(qū)申請(qǐng)分配空間，如果空間夠，就直接進(jìn)行分配，否則進(jìn)行一次Minor GC。minor GC 首先會(huì)對(duì)Eden區(qū)的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記出來(lái)存活的對(duì)象。然后把存活的對(duì)象copy到From空間。如果From空間足夠，則回收eden區(qū)可回收的對(duì)象。如果from內(nèi)存空間不夠，則把From空間存活的對(duì)象復(fù)制到To區(qū)，如果TO區(qū)的內(nèi)存空間也不夠的話，則把To區(qū)存活的對(duì)象復(fù)制到老年代。如果老年代空間也不夠（或者達(dá)到觸發(fā)老年年垃圾回收條件的話）則觸發(fā)一次full GC。
Minor GC
一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就好觸發(fā)Minor GC，堆Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。
Full GC
對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC