Chapter 3 垃圾收集器与内存分配

3.2.1 引用计数算法

给对象添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值就加1;当引用失效时,计数器值就减1。任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

引用计数算法很难解决对象间循环引用的问题。

3.2.2 可达性分析算法

通过一系列称为GC Roots的对象作为起点,从这些节点向下搜索,搜索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(就是从GC Roots 到这个对象不可达),则证明此对象是不可用的。

在Java语言中,可作为GC Roots的对象包括下面几种:

(1)虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)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JNI(即Native方法)引用的对象。


3.3.1 标记-清除算法

最基础的算法是“标记-清除”(Mark-Sweep)算法,如同它的名字一样,算法分为标记和清除两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象。它主要的不足有两个:

(1)效率问题,标记和清除两个效率都不高;

(2)空间问题,标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片,空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时,无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

3.3.2 复制算法

(1)为了解决效率问题,出现了复制算法。它将可用内存划分为大小相等的两块,每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上面,然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

这样使得每次都是对整个半区进行内存回收,内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况,只要移动堆顶指针,按顺序分配即可,实现简单,运行高效。

只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半,未免太高了一点。

(2)现在的商业虚拟机都是采用复制算法来回收新生代,由于新生代中98%的对象都是朝生夕死的,所以并不需要按照1比1的比例来划分内存空间,而是将内存划分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间。每次使用Eden和其中一块Survivor空间。当回收时,将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性复制到另一块Survivor中,最后清理掉使用过的Enden和Survivor空间。这意味着只有大约10%的内存会被浪费。当然,我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活,当Survivor空间不足时,需要依赖其他内存(这里指老年代)进行分配担保(Handle Promotion)。

(3)内存的分配担保:如果另一块Survivor空间没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象,这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。

Jvm内存

3.3.2.1 为什么使用两块Survivor空间

设置两个Survivor内存区最大的好处就是减少了内存碎片化。

一个Survivor
两个Survivor

Minor GC:从新生代(Eden和Survivor)空间回收内存。

Major GC:从老年代空间回收内存。

Full GC:清理整个堆空间包括新生代和老年代。

3.3.3 标记-整理算法

复制收集算法在对象存活率较高的情况下就要进行较多的复制操作,效率将变低。更关键的是,需要有额外的内存空间进行分配担保,所以老年代一般不能直接选用这种算法。

标记-整理算法:标记过程与标记-清除算法一样,但是后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉边界以外的内存。

3.3.4 分代收集算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”(Generational Collection)算法。

分代收集算法根据对象存活周期的不同将内存划分为几块,一般是将Java堆分为新生代和老年代。在新生代中,每次垃圾收集时都有大批对象死去,只有少量存活,因此可以选用复制算法。而老年代中的对象存活率高,没有额外空间对它进行分配担保,就必须使用标记-清理或者标记-整理算法来进行垃圾收集。

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