1.1 引用计数法
每个对象创建的时候,会分配一个引用计数器,当这个对象被引用的时候计数器就加1,当不被引用或者引用失效的时候计数器就会减1。任何时候,对象的引用计数器值为0就说明这个对象不被使用了,就认为是“垃圾”,可以被GC处理掉。
【优点】算法实现简单。
【缺点】不能解决对象之间循环引用的问题。有垃圾对象不能被正确识别,这对垃圾回收来说是很致命的,所以GC并没有使用这种搜索算法。
1.2 根搜索算法
以一些特定的对象作为基础原始对象,或者称作“根”,不断往下搜索,到达某一个对象的路径称为引用链。
如果一个对象和根对象之间有引用链,即根对象到这个对象是可到达的,则这个对象是活着的,不是垃圾,还不能回收。例如,假设有根对象O,O引用了A对象,同时A对象引用了B对象,B对象又引用了C对象,那么对象C和根对象O之间的路径的可达的,C对象就不能当做垃圾对象。引用链为O->A->B->C。
反之,如果一个对象和根对象之间没有引用链,根对象到这个对象的路径是不可达的,那么这个对象就是可回收的垃圾对象。
【优点】可找到所以得垃圾对象,并且完美解决对象之间循环引用的问题。
【缺点】不可避免地要遍历全局所有对象,导致搜索效率不高。
根搜索算法是现在GC使用的搜索算法。
可以当做GC roots的对象有以下几种:
虚拟机栈中的引用的对象。(java栈的栈帧本地变量表)
方法区中的类静态属性引用的对象。
方法区中的常量引用的对象。(声明为final的常量对象)
本地方法栈中JNI的引用的对象。(本地方法栈的栈帧本地变量表)
下面是从网上找来的图,将就看看:GC ROOTS就是跟对象节点,蓝色的是可达的引用链,引用链上的对象是活着的,不能被当做垃圾对象回收。相反暗灰色的路径表示不可达的路径,这些对象将会被回收。每个圈圈里面的数字,表示其被引用的次数,没错,就是上面说到的引用计数法的计数值。跟搜索算法示例图
2.GC算法
这里讨论的是oracle的Hotspot VM常见的垃圾回收算法。使用的搜索算法都是基于根搜索算法实现的。
2.1 标记-清除算法(Mark-Sweep)
该算法分两步执行:
1) 标记Mark:从GC ROOTS开始,遍历堆内存区域的所有根对象,对在引用链上的对象都进行标记。这样下来,如果是存活的对象就会被做了标记,反之如果是垃圾对象,则没做有标记。GC很容易根据有没有被做标记就完成了垃圾对象回收。
2) 清除Sweep:遍历堆中的所有的对象(标记阶段遍历的是所有根节点),找到未被标记的对象,直接回收所占的内存,释放空间。
评价:
【优点】没有产生额外的内存空间消耗,内存利用率高。
【缺点】效率低,清除阶段要遍历所有的对象;回收的垃圾对象是在各个角落的,直接回收垃圾对象,导致存在不连续的内存空间,产生内存碎片。
标记-清除算法操作的对象是【垃圾对象】,对于活着的对象(被标记的对象),它则直接不理睬。
2.2 复制算法(Copying)
复制算法把内存区间一分为二,有对象存在的一半区间称为“活动区间”,没有对象存在处于空闲状态的空间则为“空闲区间”。
当内存空间不足时触发GC,先采用根搜索算法标记对象,然后把活着的对象全部复制到另一半空闲区间上,复制算法的“复制”就来自这一操作。复制到另一半区间的时候,严格按照内存地址依次排列要存放的对象,然后一次性回收垃圾对象。
这样原来的空闲区间在GC后就变成活动区间,而且内存顺序齐整美观。原来的活动区间在GC后就变成了完全空的空闲区间,等待下一次GC把活的对象被copy进来。
评价:
【优点】GC后的内存齐整,不产生内存碎片。
【缺点】GC要使用两倍的内存,或者说导致堆只能使用被分配到的内存的一半,这个算法对空间要求太高!如果存活的对象较多,则意味着要复制很多对象并且要维护大量对象的内存地址,所以存活的对象数量不能太多,否则效率也会很低。
复制算法复制移动的对象是【活着的对象】,对于垃圾对象(不被标记的对象)则直接回收。
2.3 标记-整理算法(Mark-Compact)
这个算法则是对上面两个算法的综合结果。也分为两个阶段:
1)标记:这个阶段和标记-清除Mark-Sweep算法一样,遍历GC ROOTS并标记存活的对象。
2)整理:移动所有活着的对象到内存区域的一侧(具体在哪一侧则由GC实现),严格按照内存地址次序依次排列活着的对象,然后将最后一个活着的对象地址以后的空间全部回收。
评价:
【优点】内存空间利用率高,消除了复制算法内存减半的情况;GC后不会产生内存碎片。
【缺点】需要遍历标记活着的对象,效率较低;复制移动对象后,还要维护这些活着对象的引用地址列表。
2.4 分代回收算法(Generational Collecting)
分代回收算法就是现在JVM使用的GC回收算法。
2.4.1简要说明
1)先来看看简单化后的堆的内存结构:
Java堆 = 年老代 + 年轻代
(空间大小比例一般是3:1)
年轻代 = Eden区 + From Space区 + To Space区
(空间大小比例一般是8:1:1)
2)按照对象存活时间长短,我们可以把对象简单分为三类:
短命对象:存活时间较短的对象,如中间变量对象、临时对象、循环体创建的对象等。这也是产生最多数量的对象,GC回收的关注重点。
长命对象:存活时间较长的对象,如单例模式产生的单例对象、数据库连接对象、缓存对象等。
长生对象:一旦创建则一直存活,几乎不死的对象。
3)对象分配区域
短命对象存在于年轻代,长命对象存在于年老代,而长生对象则存在于方法区中。
由于GC的主要内存区域是堆,所以GC的对象主要就是短命对象和长命对象这类寿命“有限”的对象。
2.4.2 分代回收的GC类型
针对HotSpot VM的的GC其实准确分类只有两大种:
1)Partial GC:部分回收模式
Young GC:只收集young gen的GC。和Minor GC一样。
Old GC:只收集old gen的GC。只有CMS的concurrent - collection是这个模式
Mixed GC:收集整个young gen以及部分old gen的GC。只有G1有这个模式
2)Full GC:收集整个堆,包括young gen、old gen,还有永久代perm gen(如果存在的话)等所有部分的模式。同Major GC。
3)触发时机
HotSpot VM的串行GC的触发条件是:
young GC:当young gen中的eden区分配满的时候触发。
full GC:当准备要触发一次young GC时,如果发现统计数据说之前young GC的平均晋升大小比目前old gen剩余的空间大,则不会触发young GC而是转为触发full GC;或者,如果有perm gen的话,要在perm gen分配空间但已经没有足够空间时,也要触发一次full GC;或者System.gc()、heap dump带GC,默认也是触发full GC。
并发GC的触发条件就不太一样。以CMS GC为例,它主要是定时去检查old gen的使用量,当使用量超过了触发比例就会启动一次CMS GC,对old gen做并发收集。
2.4.3 年轻代GC过程
当需要在堆中创建一个新的对象,而年轻代内存不足时触发一次GC,在年轻代触发的GC称为普通GC,Minor GC。注意到年轻代中的对象都是存活时间较短的对象,所以适合使用复制算法。这里肯定不会使用两倍的内存来实现复制算法了,牛人们是这样解决的,把年轻代内存组成是80%的Eden、10%的From Space和10%的To Space,然后在这些内存区域直接进行复制。
刚开始创建的对象是在Eden中,此时Eden中有对象,而两个survivor区没有对象,都是空闲区间。第一次Minor GC后,存活的对象被放到其中一个survivor,Eden中的内存空间直接被回收。在下一次GC到来时,Eden和一个survivor中又创建满了对象,这个时候GC清除的就是Eden和这个放满对象的survivor组成的大区域(占90%),Minor GC使用复制算法把活的对象复制到另一个空闲的survivor区间,然后直接回收之前90%的内存。周而复始。始终会有一个10%空闲的survivor区间,作为下一次Minor GC存放对象的准备空间。
要完成上面的算法,每次Minor GC过程都要满足:
存活的对象大小都不能超过survivor那10%的内存空间,不然就没有空间复制剩下的对象了。但是,万一超过了呢?前面我们提到过年老代,对,就是把这些大对象放到年老代。