JVM中的垃圾收集算法和Heap分區簡記

如何判斷垃圾對象？

垃圾收集的第一步就是先須要算法來標記哪些是垃圾，而後再對垃圾進行處理。

 

引用計數（ReferenceCounting）算法

這種方法比較簡單直觀，FlashPlayer/Python使用該算法，簡單高效。核心思路是，給每一個對象添加一個被引用計數器，被引用時+1，引用失效-1，等於0時就表示該對象沒有被引用，能夠被回收。可是，Java/C#並不採用該算法，由於該算法沒有解決對象相互引用的問題，即：當兩個對象相互引用且不被其它對象引用時，各自的引用計數爲1，雖不爲0，但仍然是可被回收的垃圾對象。

 

根搜索（GC Roots Tracing）算法

基本原理是：GCRoot對象做爲起始點（根）。若是從根到某個對象是可達的，則該對象稱爲「可達對象」（存活對象，不可回收對象）。不然就是不可達對象，能夠被回收。

 

垃圾收集算法

垃圾收集器一般會假設大部分的對象的存活時間都很是短，只有少數對象的存活時間比較長。

垃圾收集算法在JVM中主要是複製算法（新生代GC）和標記/整理算法（老年代GC）。

 

標記-清除（Mark-Sweep）算法

算法過程：

1. 先斷定對象是否可回收，對其標記。
2. 統一回收（簡單地刪除對垃圾對象的內存引用）。

優勢：簡單直觀容易實現和理解。缺點：效率不高，內存空間碎片化。

 

複製（Copying）算法

將內存平均分紅A、B兩塊，算法過程：

1. 新生對象被分配到A塊中未使用的內存當中。當A塊的內存用完了， 把A塊的存活對象對象複製到B塊。

2. 清理A塊全部對象。

3. 新生對象被分配的B塊中未使用的內存當中。當B塊的內存用完了， 把B塊的存活對象對象複製到A塊。

4. 清理B塊全部對象。

5. goto 1。

優勢：簡單高效。缺點：內存代價高，有效內存爲佔用內存的一半。

 

對複製算法進一步優化：使用Eden/S0/S1三個分區

平均分紅A/B塊太浪費內存，採用Eden/S0/S1三個區更合理，空間比例爲Eden:S0:S1==8:1:1，有效內存（便可分配新生對象的內存）是總內存的9/10。

算法過程：

1. Eden+S0可分配新生對象；

2. 對Eden+S0進行垃圾收集，存活對象複製到S1。清理Eden+S0。一次新生代GC結束。

3. Eden+S1可分配新生對象；

4. 對Eden+S1進行垃圾收集，存活對象複製到S0。清理Eden+S1。二次新生代GC結束。

5. goto 1。

 

標記-緊湊（Mark-Compact）

算法過程：

1. 標記：標記可回收對象（垃圾對象）和存活對象。

2. 緊湊（也稱「整理」）：將全部存活對象向內存開始部位移動，稱爲內存緊湊（至關於碎片整理）。完畢後，清理剩餘內存空間。

 

分代收集策略

因爲不一樣的對象適合使用不一樣的垃圾收集算法，因此引入「代」這個概念。不一樣的代有不一樣的分區，通常分爲新生代區和老年代區。

新生代：適合採用複製算法進行垃圾收集，對象分佈在Eden/S0/S1三個區。

老年代：適合採用標記-緊湊算法進行垃圾收集。

 

Heap分區和分代概念

Heap分區的目的

1. 爲了分代：不一樣代的對象放到不一樣的內存分區中，實現「代提高」，也方便實現對不一樣分代採用不一樣的垃圾收集算法。

2. 垃圾收集算法須要：新生代GC使用到複製算法，該算法須要將對應的分區劃分紅三個分區：Eden/S0/S1。

 

術語

Generation代

 - YongGeneration/NewGeneration：新生代，在Eden/S0/S1的存活的對象。

 - OldGeneration：老年代，在Tenured區存活的對象。
 - PermanentGeneration：永久代。
Space 區

 - Eden：伊甸園區，是新生代的一個區。
 - Survivor：倖存區，屬於新生代，爲了複製算法的須要。通常分紅大小相等的兩個區（S0/S1或者From/To）。

 - Tenured：存放老年代的區域。
 - Permanent：終身區。

 

下圖：Hotspot 的 Heap 分區

 

 

下圖：VisualVM 中經過 VisualGC插件顯示的分區

 

 

Eden/S0/S1 新生代

[Eden                 ][S0     ][S1    ]

S0/S1是大小至關的兩個區域，共同組成Survivor區。

空間比例：Eden:S0==8:1。設定方法：-XX:SurvivorRatio=8。

新生對象在Eden/S0或者Eden/S1中分配，Eden區的對象量達到一個閾值後，發生一次新生代GC。

 

Old 老年代

每一個對象有「對象年齡計數器」。對象由Eden收集到Survivor區後，年齡+1。進行新生代GC後，年齡+1。依次，當年齡>=15後進入老年代。

最大年齡閾值設定：-XX:MaxTenuringThreshold。

動態年齡：若是在Survivor中全部相同年齡對象佔用了空間的一半多，大於等於上述年齡的對象直接進入老年代。

大對象（好比大的數組）直接進入老年代。閾值設定：-XX:PretenureSizeThreshold。

 

Perm 永久代（PermanentGeneration）

用於存放不變對象，如類、方法、字符串等。

Java7把駐留字符串（intentd string）放到了老年代區。Java8中移除了Hotspot的永久代區。