深入理解JVM系列教程(03) - 垃圾回收机制(一)

简介: 深入理解JVM系列教程(03) - 垃圾回收机制(一)

1. 什么是垃圾回收机制

垃圾回收机制是指不定时去堆内存中清理不可达对象,这些对象并不会马上就会直接回收。 垃圾收集器在一个Java程序中的执行是自动的,不能强制执行,即使开发者能明确地判断出有一块内存已经无用了,是应该回收的,开发者也不能强制垃圾收集器回收该内存块。

开发者唯一能做的就是通过调用System.gc 方法来"建议"执行垃圾收集器,但其是否可以执行,什么时候执行却都是不可知的,这也是垃圾收集器的最主要的缺点。当然相对于它给开发者带来的巨大方便性而言,这个缺点是瑕不掩瑜的。

public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Demo1 test = new Demo1();
        test = null;
        System.gc(); // 手动回收垃圾
    }
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        // gc回收垃圾之前调用
        System.out.println("垃圾回收机制...");
    }
}

运行后,控制台打印:

那么finalize方法起了什么作用呢?

答: Java技术使用finalize()方法在垃圾收集器将对象从内存中清除出去前,做必要的清理工作。这个方法是由垃圾收集器在确定这个对象没有被引用时对这个对象调用的。它是在Object类中定义的,因此所有的类都继承了它。子类覆盖finalize()方法以整理系统资源或者执行其他清理工作。finalize()方法是在垃圾收集器删除对象之前对这个对象调用的。

2. 新生代与老年代

Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一块内存空间,主要用于存放各种类的实例对象。

堆被划分成两个不同的区域:新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。

新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域:Eden、From Survivor、To Survivor。

这样划分的目的是为了使 JVM 能够更好的管理堆内存中的对象,包括内存的分配以及回收。

堆的内存模型大致为:

这里使用的是 JDK1.6,以下涉及的 JVM 默认值均以该版本为准。

默认的,新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定 )即:

新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空间大小


老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空间大小

其中,新生代 ( Young ) 被细分为 Eden 和 两个 Survivor 区域,这两个 Survivor 区域分别被命名为 from 和 to,以示区分,默认的 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 ):

Edem : from : to = 8 : 1 : 1


Eden= 8/10 的新生代空间大小,from = to = 1/10 的新生代空间大小。

根据垃圾回收机制的不同,Java堆有可能拥有不同的结构,最为常见的就是将整个Java堆分为新生代和老年代。其中新生带存放新生的对象或者年龄不大的对象,老年代则存放老年对象。

新生代分为den区、s0区、s1区,s0和s1也被称为from和to区域,他们是两块大小相等并且可以互相角色的空间。

绝大多数情况下,对象首先分配在eden区,在新生代回收后,如果对象还存活,则进入s0或s1区,之后每经过一次新生代回收,如果对象存活则它的年龄就加1,对象达到一定的年龄后,则进入老年代。

3.如何判断对象是否存活

3.1 引用计数法

引用计数法就是如果一个对象没有被任何引用指向,则可视之为垃圾。这种方法的缺点就是不能检测到环的存在。

首先需要声明,至少主流的Java虚拟机里面都没有选用引用计数算法来管理内存。

什么是引用计数算法?

  1. 给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值加1
  2. 当引用失效时,计数器值减1,任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的

为什么主流的Java虚拟机里面都没有选用这种算法呢?

其中最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。

3.2 根搜索算法

根搜索算法 基本思路就是通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,则证明此对象是不可用的。

这个算法的基本思想是通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链(即GC Roots到对象不可达)时,则证明此对象是不可用的。

那么问题又来了,如何选取GCRoots对象呢?在Java语言中,可以作为GCRoots的对象包括下面几种:

  1. 虚拟机栈(栈帧中的局部变量区,也叫做局部变量表)中引用的对象。
  2. 方法区中的类静态属性引用的对象。
  3. 方法区中常量引用的对象。
  4. 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。

下面给出一个GCRoots的例子,如下图,为GCRoots的引用链:

根搜索算法的基本思路就是通过一系列名为”GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,则证明此对象是不可用的。

从上图,reference1、reference2、reference3都是GC Roots,可以看出:

  • reference1-> 对象实例1;
  • reference2-> 对象实例2;
  • reference3-> 对象实例4;
  • reference3-> 对象实例4 -> 对象实例6;

可以得出对象实例1、2、4、6都具有GC Roots可达性,也就是存活对象,不能被GC回收的对象。

而对于对象实例3、5直接虽然连通,但并没有任何一个GC Roots与之相连,这便是GC Roots不可达的对象,这就是GC需要回收的垃圾对象。

总结

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