深刻理解JVM（四）——垃圾回收算法

時間 2019-12-07

標籤深刻理解 jvm 垃圾回收算法欄目 Java 简体版

原文原文鏈接

stop the world

在介紹垃圾回收算法以前，須要先了解一個詞「stop the world」，stop the world會在執行某一個垃圾回收算法的時候產生，JVM爲了執行垃圾回收，會暫時java應用程序的執行，等垃圾回收完成後，再繼續運行。若是使用JMeter測試java程序，可能會發如今測試過程當中，java程序有不規則的停頓現象，其實這就是「stop the world」，停頓的時候JVM是在作垃圾回收。因此儘量減小stop the world的時間，就是優化JVM的主要目標。接下來看一下目前有哪些常見垃圾回收的算法。java

引用計數法

引用計數法顧名思義，就是對一個對象被引用的次數進行計數，當增長一個引用計數就加1，減小一個引用計數就減1。算法

上圖表示3個Teacher的引用指向堆中的Teacher對象，那麼Teacher對象的引用計數就是3，以此類推Student對象的引用計數就是2。併發

上圖表示Teacher對象的引用減小爲2，Student對象的引用減小爲0（減小的緣由是該引用指向了null，例如teacher3=null）,按照引用計數算法，Student對象的內存空間將被回收掉。性能

引用計數算法原理很是簡單，是最原始的回收算法，可是java中沒有使用這種算法，緣由有2。1是頻繁的計數影響性能，2是它沒法處理循環引用的問題。測試

例如Teacher對象中引用了Student對象，Student對象中又引用了Teacher對象，這種狀況下，對象將永遠沒法被回收。優化

標記清除

標記清除算法，它是不少垃圾回收算法的基礎，簡單來講有兩個步驟：標記、清除。spa

標記：遍歷全部的GC Roots，並將從GC Roots可達的對象設置爲存活對象；對象

清除：遍歷堆中的全部對象，將沒有被標記可達的對象清除；內存

注意上圖灰色的對象，由於從GC Root遍歷不到它們（儘管它們自己有引用關係，但從GC Root沒法遍歷到它們），所以它們沒有被標記爲存活對象，在清除過程當中將會被回收。虛擬機

這裏須要注意的是標記清除算法執行過程當中，會產生「stop the world」，讓java程序暫停等待以保證在標記清除的過程當中，不會有新的對象產生。爲何必須暫停java程序呢？舉個例子，若是在標記過程完成後，又新產生了一個對象，而該對象已經錯過了標記期，那麼在接下來的清除流程中，這個新產生的對象由於未被標記，因此將被視爲不可達對象而被清除，這樣程序就會出錯，所以標記清除算法在執行時，java程序將被暫停，產生「stop the world」。

接下來總結一下標記清除算法：

一、由於涉及大量的內存遍歷工做，因此執行性能較低，這也會致使「stop the world」時間較長，java程序吞吐量下降；

二、對象被清除以後，被清除的對象留下內存的空缺位置，形成內存不連續，空間浪費。

接下來看一下其餘算法能不能改善這些問題？

標記壓縮

標記壓縮算法，它就是在標記清除算法的基礎上，增長了壓縮過程。

在進行完標記清除以後，對內存空間進行壓縮，節省內存空間，解決了標記清除算法內存不連續的問題。

注意標記壓縮算法也會產生「stop the world」，不能和java程序併發執行。在壓縮過程當中一些對象內存地址會發生改變，java程序只能等待壓縮完成後才能繼續。

複製算法

複製算法簡單來講就是把內存一分爲二，但只使用其中一份，在垃圾回收時，將正在使用的那分內存中存活的對象複製到另外一份空白的內存中，最後將正在使用的內存空間的對象清除，完成垃圾回收。

複製算法相對標記壓縮算法來講更簡潔高效，但它的缺點也顯而易見，它不適合用於存活對象多的狀況，由於那樣須要複製的對象不少，複製性能較差，因此複製算法每每用於內存空間中新生代的垃圾回收，由於新生代中存活對象較少，複製成本較低。它另一個缺點是內存空間佔用成本高，由於它基於兩分內存空間作對象複製，在非垃圾回收的週期內只用到了一分內存空間，內存利用率較低。