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JVM垃圾回收器原理及使用介绍(一)
2019-09-17 15:08:56 】 浏览:56
Tags:JVM 垃圾 回收 原理 使用 介绍

垃圾收集基础

Java语音的一大特点就是可以进行自动垃圾回收处理,而无需开发人员过于关注系统资源,例如内存资源的释放情况。自动垃圾收集虽然大大减轻了开发人员的工作量,但是也增加了软件系统的负担。

引用计数法(Reference Counting)

引用计数器在微软的COM组件技术中、Adobe的ActionScript3种都有使用。
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。
引用计数器的实现也非常简单,只需要为每个对象配置一个整形的计数器即可。但是引用计数器有一个严重的问题,既无法处理循环引用的情况。因此,在Java的垃圾回收器中没有使用这种算法。

一个简单的循环引用问题描述如下 : 有对象A和对象B,对象A中含有对象B的引用,对象B中含有对象A的引用。此时,对象A和对象B的引用计数器都不为0.但是在系统中却不存在任何第三个对象引用了A或B。也就是说,A和
B是应该被回收的垃圾对象,但由于垃圾对象间互相引用,从而使垃圾回收器无法识别,引起内存泄漏。

标记-清除算法(Mark-Sweep)

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较大对象。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。该算法最大的问题是存在大量的空间碎片,因为回收后的空间是不连续的。在对象的堆空间分配过程中,尤其是大对象的内存分配,不连续的内存空间的工作效率要低于连续的空间。

复制算法(Copying)

将现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被使用的内存中,之后,清除正在使用的内存卡中的所有对象,交换两个内存的角色,完成垃圾回收。
如果系统中的垃圾对象很多,复制算法需要复制的存储对象数量并不会太大。因此在真正需要垃圾回收的时刻。复制算法的效率是很高的。又由于对象在垃圾回收过程中统一被复制到新的内存空间中,因此,可确保回收后的内存空间是没有碎片的。改算法的缺点是将系统内存折半。
Java的新生代串行垃圾回收器中使用了复制算法的思想。新生代分为eden空间、from空间、to空间3个部分。其中,from空间和to空间可以视为用于复制的两块大小相同、地位相等,且可进行角色互换的空间块。from空间和to空间也称之为survivor空间,既幸存者空间,用于存放未被回收的对象。
在垃圾回收时,eden空间中的存活对象被复制到未使用的survivor空间中(假设是to),正在使用的survivor空间(假设是from)中的年轻对象也会被复制到to空间中(大对象,或者老年对象会直接进入老年代,如果to空间已满,则对象也会直接进入老年代)。此时,eden空间和from空间中的剩余对象就是垃圾对象,可以直接清空,to空间则存放此回收后的存活对象。这种改进的复制算法既保证了空间的连续性,又避免了大量的内存空间浪费。

标记-压缩算法(Mark-Compack)

复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下的。这种情况在年轻代经常发生,但是在老年代更常见的情况是大部分对象都是存活对象。如果依然使用复制算法,由于存活的对象较多,复制的成本也将很高。
标记-压缩算法是一种老年代的回收算法,它在标记-清除算法的基础上做了一些优化。也首先需要从根节点开始怼所有可达对象做一次标记,但之后,它并不简单地清理未标记的对象,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。这种方法既避免了碎片的产生,又不需要两块相同的内存空间,因此,其性价比比较高。

增量算法(Incremental Collecting)

在垃圾回收过程中,应用软件将处于一种CPU消耗很高的状态。在这种CPU消耗很高的状态下,应用程序所有的线程都会挂起,暂停一切正常的工作,等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收时间过长,应用程序会被挂起很久,将严重影响用户体验或者系统的稳定性。
增量算法的基本思想是,如果一次性将所有的垃圾进行处理,需要造成系统长时间的停顿,那么就可以让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次,垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间,接着切换到应用程序线程。依次反复,直到垃圾收集完成。使用这种方式,由于在垃圾回收过程中,间断性地还执行了应用程序代码,所以能减少系统的停顿时间。但是,因为线程切换和上下文转换的消耗,会使得垃圾回收的总体成本上升,造成系统吞吐量的下降。

分区算法(partitioning algorithm)

这种方法将整个空间划分成连续的不同的小区间,每个区间都独立使用,独立回收,好处是可以控制一次回收多少个小区间。

分代(Generational Collecting)

根据垃圾回收对象的特性,不同阶段最优的方式是使用合适的算法用于本阶段的垃圾回收,分代算法既是基于这种思想,它将内存区间根据对象的特点分成几块,根据每块内存区间的特点,使用不同的回收算法,以提高垃圾回收效率。以Hot Spot虚拟机为例,它将所有的新建对象都放入称为年轻代的内存区域,年轻代的特点是对象会很快回收,因此,在年轻代就选择效率较高的复制算法。当一个对象经过几次回收后依然存活,对象就会被放入称为老生代的内存空间。在老生代中,几乎所有的对象都是经过几次垃圾回收后依然得以幸存的。因此,可以认为这些对象在一段时期内,甚至在应用程序的整个生命周期中,将是常驻内存的。如果依然使用复制算法回收老生代,将需要复制大量对象。再加上老生代的回收性价比也要低于新生代,因此这种做法也是不可取的。根据分代的思想,可以对老年代的回收使用与新生代不同的标记-压缩算法,以提高垃圾回收效率。

不同角度分析垃圾收集器,可以将其分为不同的类型。

  1. 按线程数分,可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器。串行垃圾回收器一次只使用一个线程进行垃圾回收;并行垃圾回收器一次将开启多个线程同时进行垃圾回收。在并行能力较强的CPU上,使用并行垃圾回收器可以缩短GC的停顿时间。
  2. 按照工作模式分,可以分为并发式垃圾回收器和独占式
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