什么东西可以当做GC Root,跨代引用如何处理?

引言

在Java的垃圾回收机制中,GC Root(Garbage Collection Root,垃圾回收根)是垃圾回收器判断哪些对象是可达的,哪些对象可以被回收的起点。GC Root通过遍历对象图,标记所有可达的对象,而那些不可达的对象则会被认为是“垃圾”,从而回收其占用的内存。此外,Java虚拟机(JVM)内存分代模型中,跨代引用的问题也需要特别处理,因为它涉及到不同代之间的引用关系。如果处理不当,会导致垃圾回收效率低下。

本篇文章将详细探讨GC Root的来源、其作用、以及在跨代引用的场景中,垃圾回收器是如何高效处理这些引用的。


第一部分:什么是GC Root?

1.1 GC Root的概念

GC Root是Java虚拟机垃圾回收(GC)过程中追踪活动对象的起点。GC Root用于标识存活对象,它们是垃圾回收器在执行标记-清除或其他回收算法时,首先检查的对象。GC Root本身始终被认为是存活的对象,任何直接或间接被GC Root引用的对象也会被视为存活对象。

在Java虚拟机中,垃圾回收器通过从GC Root开始遍历对象图(通常采用可达性分析算法),来判断哪些对象是存活的,哪些对象可以被回收。这一过程称为“根可达性分析”。

1.2 GC Root的作用

GC Root的主要作用是为垃圾回收器提供一个起点,确保从这些根对象能够遍历到所有的存活对象。在垃圾回收器的标记阶段,GC Root被首先标记为存活,然后从GC Root递归遍历所有引用的对象,标记它们为存活对象。

GC Root的存在确保了所有活跃的对象都能够被正确标记,而不再被任何对象引用的内存将被回收,以释放资源。


第二部分:哪些东西可以作为GC Root?

在Java虚拟机中,多个不同类型的对象或资源可以被视为GC Root。以下是一些常见的GC Root类型:

2.1 Java栈中的引用(局部变量)

每个线程都有自己的Java栈(线程栈),用于存储局部变量和操作数栈。栈帧中的局部变量可以是对象的引用,这些局部变量是GC Root的一种重要来源。GC从栈帧中获取所有引用,并将它们视为可达的对象。

示例

public void exampleMethod() {Object obj = new Object(); // obj 是 GC Root
}

在上例中,obj是一个局部变量,存储在线程的栈中,垃圾回收器会将其作为GC Root来追踪。

2.2 方法区中的类静态属性

类的静态属性也是GC Root的一种,因为静态属性与类关联,而类的生命周期通常与JVM相同。这些静态属性会一直存活,直到类被卸载为止。

示例

public class Example {public static Object staticObj = new Object(); // staticObj 是 GC Root
}

在上例中,staticObj是类的静态变量,GC会将其视为GC Root,追踪其引用的对象。

2.3 方法区中的常量

常量引用存储在方法区中的常量池中。常量也是GC Root的一部分,因为它们在整个程序运行期间都可能被用到。

示例

public class Example {public final static Object constObj = new Object(); // constObj 是 GC Root
}

在这个例子中,constObj作为类常量,会一直存在,直到类被卸载。

2.4 线程

所有正在运行的线程,尤其是存活的非守护线程,本身就是GC Root,因为它们存活期间无法被回收。线程对象可能会引用其他对象,因此垃圾回收器会追踪这些线程。

示例

Thread t = new Thread(() -> {// 引用了其他对象
});
t.start();

在这个例子中,线程t本身是GC Root,同时垃圾回收器会从t的执行上下文中追踪到其他引用的对象。

2.5 JNI(Java Native Interface)中的引用

JNI用于调用本地(非Java)代码,例如C/C++代码。JNI中持有的引用也是GC Root,因为JVM无法追踪本地代码中引用的对象,必须通过GC Root来确保本地代码中的引用对象不会被回收。

示例

jobject obj = (*env)->NewObject(env, cls, mid);  // obj 是 GC Root

在JNI代码中,本地代码持有的Java对象引用会被视为GC Root,垃圾回收器会从这些引用出发,遍历引用对象。

2.6 活跃的Java线程锁对象

在多线程环境中,某些对象可能作为线程锁对象(例如waitnotify机制中),这些锁对象也会被视为GC Root。

示例

synchronized (lockObj) {// lockObj 是 GC Root
}

在这个例子中,lockObj是一个同步锁对象,当它处于被锁定状态时,垃圾回收器会将其作为GC Root来追踪。


第三部分:GC Root的可达性分析

垃圾回收器通过“可达性分析算法”判断对象是否存活。这个算法以GC Root为起点,从每个GC Root出发,递归遍历所有对象的引用关系。如果从GC Root无法达到某个对象,则该对象被视为不可达对象,可以被回收。

3.1 可达性分析的工作原理

可达性分析使用了图遍历的思想,GC Root作为图的起点,引用链作为图的边,GC会遍历所有可达对象,并标记这些对象为存活。在遍历结束后,所有未被标记的对象都会被回收。

过程

  1. GC Roots Identification:识别所有GC Root对象。
  2. Mark Phase:从GC Root出发,递归标记所有引用的对象。
  3. Sweep Phase:清除所有未被标记的对象,释放其占用的内存。
3.2 可达性分析与标记-清除算法的结合

在可达性分析中,标记阶段是最为关键的一步,GC遍历从GC Root可达的对象,并标记它们为存活对象。标记-清除算法会结合这个标记结果,清除那些不可达的对象。

示例

Object a = new Object();
Object b = new Object();
a.field = b;  // a引用b
b = null;     // b被置为null,无法通过GC Root到达

在上例中,b被置为null,尽管a曾经引用它,但由于从GC Root无法达到b,因此b会在垃圾回收时被回收。


第四部分:跨代引用如何处理?

在JVM的内存模型中,堆内存被划分为几个不同的代区:年轻代老年代永久代(元空间)。这种分代设计是为了提高垃圾回收的效率,因为大多数对象的生命周期较短,而少部分对象会长期存在。

4.1 跨代引用的概念

跨代引用是指年轻代的对象引用了老年代的对象,或老年代的对象引用了年轻代的对象。在垃圾回收过程中,跨代引用的处理尤为重要,因为GC通常只回收特定代区(如年轻代),而不会同时扫描整个堆内存。

4.2 跨代引用处理的难点

垃圾回收器主要在年轻代发生(如Minor GC),在这种情况下,老年代中的对象通常不会参与回收。然而,如果老年代的对象引用了年轻代的对象,而垃圾回收器不加以处理,可能会导致这些被引用的年轻代对象误被回收。

为了避免这种情况,GC需要追踪跨代引用,确保即使只针对某个代区进行回收,也不会影响跨代引用的对象。

4.3 跨代引用的处理机制
4.3.1 卡表(Card Table)

卡表是一种用于追踪跨代引用的结构。JVM将老年代的内存空间划分为若干个卡片,每个卡片通常为512字节。在Minor GC过程中,卡表会记录哪些卡片中包含对年轻代的引用。当进行垃圾回收时,GC只需扫描这些记录了跨代引用的卡片,而不需要扫描

整个老年代。

卡表的工作原理

  • 当老年代中的对象引用了年轻代中的对象时,JVM会将该对象所在的卡片标记为“脏”。
  • 在Minor GC发生时,GC会扫描这些“脏”卡片,确保年轻代中的存活对象不会被回收。
4.3.2 记忆集(Remembered Set, RSet)

记忆集是另一个用于处理跨代引用的数据结构。它记录了哪些老年代中的对象引用了年轻代的对象。在Minor GC时,垃圾回收器只需要扫描记忆集,而不必扫描整个老年代。

记忆集的作用类似于卡表,但它更加细粒度地记录了具体的引用信息,从而进一步提高了垃圾回收的效率。

4.3.3 写屏障(Write Barrier)

写屏障是一种在对象引用更新时触发的机制,用于确保跨代引用的正确处理。它在每次对象引用发生变化时,将新生成的引用记录到卡表或记忆集中,确保跨代引用能够被正确追踪。

写屏障的作用

  • 当年轻代的对象被老年代的对象引用时,写屏障会将这些引用信息记录到卡表或记忆集中。
  • 写屏障可以确保在垃圾回收时,跨代引用对象不会被误回收。

第五部分:跨代引用在GC中的优化策略

在实际应用中,跨代引用的处理效率对GC的性能有重要影响。以下是一些常见的优化策略,用于提升跨代引用处理的效率。

5.1 优化跨代引用处理
  1. 减少跨代引用:减少年轻代与老年代之间的相互引用可以降低GC的复杂度。例如,将短生命周期的对象局限于年轻代中,避免它们被老年代的对象频繁引用。

  2. 优化卡表更新:通过优化对象引用的写入操作,可以减少卡表的更新频率,提升GC的效率。

  3. 分代GC策略调整:根据应用的实际情况,调整年轻代和老年代的大小,确保老年代中的对象不会过早地引用年轻代的对象。

5.2 G1 GC中的跨代引用优化

在G1 GC(Garbage First)中,跨代引用的处理得到了进一步优化。G1 GC通过将内存划分为多个独立的区域(Region),并采用Remembered Set(RSet)追踪跨Region的引用,从而避免了传统GC在处理跨代引用时的开销。

G1 GC的跨代引用处理策略:

  • 在GC时,G1只需扫描包含跨代引用的RSet,确保跨代引用的对象不会被回收。
  • G1还采用了并发的RSet更新机制,进一步减少了GC的停顿时间。

第六部分:案例分析与实践

6.1 跨代引用引发的GC性能问题

在某个实际应用中,系统频繁触发Full GC,导致性能大幅下降。通过分析GC日志发现,老年代的对象频繁引用年轻代中的对象,导致垃圾回收器在每次Minor GC时不得不扫描大量的老年代对象,增加了GC的负担。

解决方案

  • 通过优化内存分配策略,减少老年代中对象对年轻代的引用。
  • 启用卡表和写屏障,确保跨代引用能够被有效追踪。
  • 调整GC参数,增加年轻代的大小,减少老年代对年轻代的引用频率。

结论

GC Root是Java垃圾回收机制中的核心概念,所有可达对象的遍历都从GC Root开始。通过GC Root的标记,垃圾回收器能够正确识别存活对象,并回收不再使用的内存。在JVM的分代垃圾回收模型中,跨代引用是一个需要特别处理的难点,垃圾回收器通过卡表、记忆集和写屏障等机制来高效处理跨代引用,确保GC过程的高效性和准确性。

随着Java虚拟机垃圾回收技术的不断发展,诸如G1 GC等现代垃圾回收器引入了更高效的跨代引用处理机制,大大提升了GC性能。在实际应用中,合理配置GC参数、优化对象引用关系,能够有效减少跨代引用带来的性能问题,提高系统的稳定性和响应速度。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/pingmian/55235.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

c++primier第十二章类和动态内存

本章内容包括: 对类成员使用动态内存分配隐式和显式地复制构造函数隐式和显式地重载赋值操作符在构造函数中使用new所必须完成的工作使用静态类成员 将布局new操作符用于对象使用指向对象的指针实现队列抽象数据类型(ADT) 动态内存和类 复习范例和静态类成员 首…

《动手学深度学习》笔记2.2——神经网络从基础→进阶 (参数管理-每层的权重/偏置)

目录 0. 前言 正文:参数管理 1. 参数访问 1.1 [目标参数] 1.2 [一次性访问所有参数] 1.3 [从嵌套块收集参数] 2. 参数初始化 2.1 [内置初始化] 2.2 [自定义初始化] 2.3 [参数绑定-共享参数] 3. 小结(第2节) 4. 延后初始化 (原书第…

什么是IDE(集成开发环境)?

集成开发环境(IDE)详解 在软件开发的世界中,集成开发环境(IDE,Integrated Development Environment)扮演着至关重要的角色。它是一个综合性的软件应用程序,旨在为软件开发者提供一整套的、易于使用的工具集,以便他们能够更高效地编写、调试、测试和部署代码。简而言之…

AR 眼镜之-蓝牙电话-来电铃声与系统音效

目录 📂 前言 AR 眼镜系统版本 蓝牙电话 来电铃声 系统音效 1. 🔱 Android9 原生的来电铃声,走的哪个通道? 2. 💠 Android9 原生的来电铃声,使用什么播放? 2.1 来电铃声创建准备 2.2 来…

国庆普及模拟2总结

目录 题目链接: 官方题解: 概述: 总结反思: 题目 T1: 题目分析: 错误代码: 错因: AC代码: T2: 题目分析: 赛时代码&#xf…

LeetCode[中等] 55.跳跃游戏

给你一个非负整数数组 nums ,你最初位于数组的 第一个下标 。数组中的每个元素代表你在该位置可以跳跃的最大长度。 判断你是否能够到达最后一个下标,如果可以,返回 true ;否则,返回 false 。 思路 贪心算法 可达位置…

CSS中字体图标的使用

引言: 在网页设计当中,会有很多很简洁的图标,比如箭头,照相机,放大镜等 这些大概率都是使用字体图标来完成的,因为字体图标比较简洁高效,不会像图片一样需要向浏览器请求数据。那么字体图标该…

记一次vue路由跳转登陆之前的页面,参数丢失问题

一、背景 vue3.0,项目登陆之前访问某个可访问的页面,当跳转到需要登陆才能访问的页面时,跳转到登陆页面,登陆后再跳转到登陆之前需要登陆才能访问的页面,跳转时发现参数丢失了。 A页面(无需登陆)===> B页面(需要登陆)====> 如果未登陆跳转到C登陆页面 ===>…

什么是文件完整性监控(FIM)

组织经常使用基于文件的系统来组织、存储和管理信息。文件完整性监控(FIM)是一种用于监控和验证文件和系统完整性的技术,识别用户并提醒用户对文件、文件夹和配置进行未经授权或意外的变更是 FIM 的主要目标,有助于保护关键数据和…

《NoSQL》非关系型数据库MongoDB 学习笔记!

Mongo基础: 使用数据库: 使用use 命令 后面跟着要使用的数据库名字即可, 例如:use cities, 值得注意的是, mongo中不像mysql, 还需要先创建数据库,后访问, mongo中,你无…

数据库管理-第246期 为啥有些老板瞧不上技术(20241002)

数据库管理246期 2024-10-02 数据库管理-第246期 为啥有些老板瞧不上技术(202401002)1 背景2 割裂3 感触总结 数据库管理-第246期 为啥有些老板瞧不上技术(202401002) 作者:胖头鱼的鱼缸(尹海文&#xff09…

leetcode:380. O(1) 时间插入、删除和获取随机元素

实现RandomizedSet 类: RandomizedSet() 初始化 RandomizedSet 对象bool insert(int val) 当元素 val 不存在时,向集合中插入该项,并返回 true ;否则,返回 false 。bool remove(int val) 当元素 val 存在时&#xff0…

数据仓库简介(一)

数据仓库概述 1. 什么是数据仓库? 数据仓库(Data Warehouse,简称 DW)是由 Bill Inmon 于 1990 年提出的一种用于数据分析和挖掘的系统。它的主要目标是通过分析和挖掘数据,为不同层级的决策提供支持,构成…

计算机毕业设计 基于Python的广东旅游数据分析系统的设计与实现 Python+Django+Vue Python爬虫 附源码 讲解 文档

🍊作者:计算机编程-吉哥 🍊简介:专业从事JavaWeb程序开发,微信小程序开发,定制化项目、 源码、代码讲解、文档撰写、ppt制作。做自己喜欢的事,生活就是快乐的。 🍊心愿:点…

服务器感染了.baxia勒索病毒,如何确保数据文件完整恢复?

导言 在数字化时代,数据已成为企业运营和个人生活不可或缺的核心资产。然而,随着网络技术的飞速发展,数据安全威胁也日益严峻,其中勒索病毒更是成为了悬挂在数字世界上方的一把利剑。近年来,诸如.baxia等新型勒索病毒…

【QT Quick】基础语法:导入外部QML文件

在实际项目中,代码通常分为多个文件进行模块化管理,这样可以方便代码重用,例如统一风格或共享功能模块。我们将在此部分学习如何创建 QML 项目,并演示如何访问外部代码,包括其他 QML 文件、库文件以及 JS 代码。 准备…

Android AMS介绍

注:本文为作者学习笔记,如有误,请各位大佬指点 系统进程运行环境的初始化 Context是一个抽象类,它可以访问application环境的全局信息和各种资源信息和类 context功能: 对Activity、Service生命周期的管理通过Intent发…

LabVIEW自动生成NI-DAQmx代码

在现代数据采集和控制系统中,LabVIEW被广泛应用于各种工业和科研领域。其中,NI-DAQmx是一个强大的驱动程序,可以帮助用户高效地管理和配置数据采集任务。本文将介绍如何在LabVIEW中通过DAQ Assistant Express VI和任务常量自动生成NI-DAQmx代…

Go基础学习07-map注意事项;多协程对map的资源竞争;sync.Mutex避免竟态条件

文章目录 Go中map使用以及注意事项map使用时的并发安全问题 Go中map使用以及注意事项 Go语言中map使用简单示例: func main() {var mp map[string]int// mp : map[string]int{}val, ok : mp["one"]if ok {fmt.Println(val)} else {fmt.Println(val)}mp[…

强化学习核心概念与公式总结

强化学习核心概念与公式总结 1. 核心概念 1.1 智能体(Agent)和环境(Environment) 智能体:学习和做决策的实体环境:智能体交互的外部系统1.2 状态(State) 描述环境在特定时刻的情况1.3 动作(Action) 智能体可以执行的操作1.4 奖励(Reward) 环境对智能体动作的即时反馈1.5 策…