【JVM虛擬機】（2）---GC 算法與種類

GC 算法與種類

  對於垃圾收集（GC）, 咱們須要考慮三件事情：哪些內存須要回收？如何判斷是垃圾對象？垃圾回收算法有哪些？

1、GC的工做區域

一、不是GC的工做區域

    (1)程序計數器、虛擬機棧和本地方法棧三個區域是線程私有的，隨線程生而生，隨線程滅而滅；

    (2)棧中的棧幀隨着方法的進入和退出而進行入棧和出棧操做，每一個棧幀中分配多少內存基本上是在類結構肯定下來時就已知的，所以這幾個區域的內存分配和回收都具備肯定性。

在這幾個區域不須要過多考慮回收的問題，由於方法結束或線程結束時，內存天然就跟隨着回收了。

二、GC的工做區域（哪些內存須要GC回收？）

(1)垃圾回收重點關注的是堆和方法區部分的內存。

       由於一個接口中的多個實現類須要的內存可能不同，一個方法的多個分支須要的內存也可能不同，咱們只有在程序處於運行期間才能知道會建立哪些對象，這部份內存的分

配和回收都是動態的，因此垃圾回收器所關注的主要是這部分的內存。

 

2、垃圾對象的斷定

Java堆中存放着幾乎全部的對象實例，垃圾收集器對堆中的對象進行回收前，要先肯定這些對象是否還有用，哪些還活着。對象死去的時候才須要回收。

一、引用計數法

      引用計數法的邏輯是：在堆中存儲對象時，在對象頭處維護一個counter計數器，若是一個對象增長了一個引用與之相連，則將counter++。

若是一個引用關係失效則counter–。若是一個對象的counter變爲0，則說明該對象已經被廢棄，不處於存活狀態。

優勢

    1)可即刻回收垃圾，每一個對象都知道本身的被引用數，當counter爲0時，對象就會把本身做爲空閒空間鏈接到空閒鏈表，也就是在對象變成垃圾的同時就會被回收.

    2）最大暫停時間短，每次經過指向mutator生成垃圾時，這部分垃圾都會被回收，大幅削減了mutator的最大暫停時間。

缺點

    1)引用和去引用伴隨加法和減法，影響性能

    2)很難處理循環引用

二、可達性分析算法

      這種算法的基本思路是經過一系列名爲「GC Roots」的對象做爲起始點，從這些節點開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱爲引用鏈，當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，就證實此對象是不可用的。

Java語言是經過可達性分析算法來判斷對象是否存活的。

在Java語言裏，可做爲GC Roots的對象包括下面幾種：

      (1)虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象。

      (2)方法區中的類靜態屬性引用的對象。

      (3)方法區中的常量引用的對象。

      (4)本地方法棧中JNI（Native方法）的引用對象。

 

 3、垃圾回收算法

一、標記-清除算法

簡單來講有兩個步驟：標記、清除。

  (1). 標記階段：找到全部可訪問的對象，作個標記

  (2). 清除階段：遍歷堆，把未被標記的對象回收

 缺  點

   (1)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；

   (2)對象被清除以後，被清除的對象留下內存的空缺位置會形成內存不連續，空間浪費。

二、標記整理(壓縮)算法 

標記-整理算法適合用於存活對象較多的場合，如老年代。它在標記-清除算法的基礎上作了一些優化。

     (1)、標記階段：它的第一個階段與標記/清除算法是如出一轍的。

     (2)、整理階段：移動全部存活的對象，且按照內存地址次序依次排列，而後將末端內存地址之後的內存所有回收。

       上圖中能夠看到，標記的存活對象將會被整理，按照內存地址依次排列，而未被標記的內存會被清理掉。如此一來，當咱們須要給新對象分配內存時，JVM只須要持有一個內存的起始地址便可，這比維護一個空閒

列表顯然少了許多開銷。

優勢

      標記/整理算法不只能夠彌補標記/清除算法當中，內存區域分散的缺點，也消除了複製算法當中，內存減半的高額代價。

缺點

     標記/整理算法惟一的缺點就是效率也不高。不只要標記全部存活對象，還要整理全部存活對象的引用地址。從效率上來講，標記/整理算法要低於複製算法。 

三、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。

優勢
       複製算法使得每次都只對整個半區進行內存回收，內存分配時也就不用考慮內存碎片等複雜狀況，只要移動堆頂指針，按順序分配內存便可，實現簡單，運行高效。
缺點
       複製算法的代價是將內存縮小爲原來的一半，這個太要命了。

注意（重要）

       如今的虛擬機使用複製算法來進行新生代的內存回收。由於在新生代中絕大多數的對象都是「朝生夕亡」，因此不須要將整個內存分爲兩個部分，而是分爲三個部分，一塊爲Eden（伊麪區）和兩塊較小的

Survivor（倖存區）空間(默認比例->8:1:1)。每次使用Eden和其中的一塊Survivor，垃圾回收時候將上述兩塊中存活的對象複製到另一塊Survivor上，同時清理上述Eden和Survivor。因此每次新生代就可使用90%

的內存。只有10%的內存是浪費的。(不能保證每次新生代都少於10%的對象存活，當在垃圾回收複製時候若是一塊Survivor不夠時候，須要老年代來分擔，大對象直接進入老年代) 

總的來說：複製算法不適用於存活對象較多的場合，如老年代（複製算法適合作新生代的GC）

 四、三種算法總結

相同點

      (1)三個算法都基於根搜索算法去判斷一個對象是否應該被回收，而支撐根搜索算法能夠正常工做的理論依據，就是語法中變量做用域的相關內容。

      (2)在GC線程開啓時，或者說GC過程開始時，它們都要暫停應用程序（stop the world）。

區別

三種算法比較：

       效率：複製算法>標記-整理算法>標記-清除算法；

       內存整齊度：複製算法=標記-整理算法>標記-清除算法

       內存利用率：標記-整理算法=標記-清除算法>複製算法

 五、分代收集算法

      首先這不是一種新算法，它是一種思想。如今使用的Java虛擬機並非只是使用一種內存回收機制，而是分代收集的算法。就是將內存根據對象存活的週期劃分爲幾塊。通常是把堆分爲新生代、和老年代。短命對

象存放在新生代中，長命對象放在老年代中。

    這個圖是我拷貝來的，但要記住java8之後，已經沒有永久區了，以前永久區存放的東西基本上放到了元空間中。

對於不一樣的代，採用不一樣的收集算法：

       新生代：因爲存活的對象相對比較少，所以能夠採用複製算法該算法效率比較快。

       老年代：因爲存活的對象比較多哈，能夠採用標記-清除算法或是標記-整理算法。

 

參考

   一、Java垃圾回收（GC）機制詳解

   二、深刻理解JVM：Java垃圾收集

 

 想太多，作太少，中間的落差就是煩惱。想沒有煩惱，要麼別想，要麼多作。少校【16】