JVM自动内存管理之垃圾收集算法

简介: 文章概述了JVM内存管理和垃圾收集的基本概念,提供一个关于JVM内存管理和垃圾收集的基础理解框架。

前一篇已经了解过JVM有哪些运行时数据区域,以及每个区域的作用即存储了哪些数据,本篇文章将了解JVM对这块区域内存的回收方案。

因为机器内存是有限制的,不可能让程序一直运行并不停分配内存,而不对无需再使用的内存进行回收管理再利用,因此内存的回收管理是很重要的

内存回收管理即垃圾收集工作的正常进行一定要完成下面3个工作

第一、哪些内存是需要回收的?

第二、什么时候回收呢?

第三、怎么回收这些需要被回收的内存?

第一个问题,哪些内存需要回收?让我们回顾下JVM运行时数据区来了解下。

程序计数器: 这块区域是线程私有的,线程创建而创建,线程消亡而消亡,并且这块区域占有空间足够小不需要考虑动态回收问题

本地方法栈:这块区域是线程私有的,线程创建而创建,线程消亡而消亡,栈中的栈帧随着方法进入和退出,方法结束内存就可以自动回收了

JAVA虚拟机栈:这块区域是线程私有的,线程创建而创建,线程消亡而消亡,栈中的栈帧随着方法进入和退出,方法结束内存就可以自动回收了

堆:该区域存储的是对象大部分是程序运行过程中动态产生的,许多对象使用后可以回收掉,所以回收内存主要关注这块区域

方法区:方法区有些常量以及一些无用的类,也是需要动态回收的

第二个问题,什么时候回收呢?

当对象不再需要使用时就可以回收了,那么回收对象前肯定需要确定内存中哪些对象还"活着",哪些对象已经"死去"。

判断对象已经|死去的方法有一下几种:

1.引用计数法

这种方法实现比较简单,给每个对象都设置一个计数器,当有对象引用它时,计数器+1,当引用失效时,计数器减1

这种方法很难解决循环引用的问题,即A引用B,B又引用A的情况

2.可达性分析算法

这种办法通过将一系列的GC Roots的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜搜,搜索所走过的路称为引用链,当一个对象到GC Roots没有热为奴引用链相连,则证明此对象是不可用的。

在程序中,哪些对象可以作为GC Roots的对象呢?

1.虚拟机栈中引用的对象

2.方法区中类静态属性引用的对象

3.方法区中常量引用的对象

4.本地方法栈中引用的对象

上面两种判对象是否存活都需要用到引用,引用是一块代表另外一块内存起始地址的内存,在jdk 1.2后,Java对引用进行了扩充,增加了四种引用概念,分别是:

强引用:Object o = new Object() ; o就是一个强引用,这种引用的对象不会被回收的。

软引用:这类引用是还有用但是并非必须的对象,在JVM内存溢出前尝试回收该类引用关联的对象

弱引用:这类引用描述的是非必须对象的,它关联的对象在下一次回收内存时被回收,而不管内存是否足够

虚引用:这类引用也叫做幽灵引用或者幻影引用,它是最弱的一种引用关系。这类引用不会影响对象生存周期,也无法通过虚引用取到对象实例。

通过上面分析,我们可以知道在这些情况,需要进行内存回收

第三个问题,怎么回收内存呢?

这里就涉及到JVM的回收算法了,现在JVM主要有以下几种回收算法:

  1. 标记-清除算法

这种算法如它的名字一样,算法分为"标记"和"清除"两个过程:

a. 标记出所有需要回收的对象. 需要被回收的算法就是通过第二个问题里的方法实现的。

b.在标记完成后统一回收被标记的对象

这种算法有两个不足:

a. 效率不高,标记和清除都需要遍历整块内存的地址

b.清除标记的内存后回有大量的碎片产生,连续内存就不纯粹了

2.复制算法

这种算法有两种实现方式

第一种:将内存区域划分为两块相等的区域,每次只使用其中一块区域,当这块内存用完的时候,就将还存活的对象复制到另外一块上,然后把已经使用过的第一个块内存一次性清理掉。

这种方式只对一半的内存进行回收,也不用清理碎片,但是内存使用率下降了,只使用到了一半。

第二种:将内存分为三块区域,一块是较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间,每次使用Eden和其中一块Survivor.当回收时,将Eden空间和Survivor空间的活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上,最后清理掉Eden和Survivor和用过的Survivor空间。如果回收时Survivor不够时将依赖其他内存区域(老年代)进行分配担保即将无法放入Survivor的对象加入老年代。Eden:Survivor = 8 :1

这种方式将内存利用率达到了90%,但是如果对象存活率比较高的时候就要进行较多的复制操作,降低了回收效率,所以这种算法多被用于回收年轻代。

3.标记-整理算法

标记整理算法是为了解决老年代对象存活几率大的问题而提出的一种i算法,和标记-清除算法类似也有标记过程,标记之后不是直接清除标记的内存,而是将存活的对象都往一个方向移动,然后直接清理掉端边界以为的内存。

这种回收方式对对象存活比较久的对象比较多的区域有很大的优势,移动之后就可以将内存空间换回来,不会浪费空间

4.分代回收算法

这种算法没有用到新的回收思想,只是将内存区域根据对象存活周期的不同划分为几块,一般有新生代,老年代,永久代(jdk8之后被移除),

然后根据各个年代的特点选择不同的已经有的回收算法。

年轻代:里面存放的对象生命周期都比较短,较多使用复制算法

老年代:里面存放的对象生命周期较长,一般选择标记-清除算法或者标记-整理算法来回收

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