JVM学习笔记（三）：JVM的垃圾回收

注：本文根据《深入理解Java虚拟机》第3章部分内容整理而成。

 

 

一.如何判断对象是否需要回收？

 

堆中几乎放着java世界中的所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事就是要确定这些对象哪些还“存活”着，哪些已经“死去”（即不可能再被任何途径使用的对象）。而如何判断对象是否应该回收，存在两个算法：引用计数算法（Reference Counting）和根搜索算法（GC Roots Tracing） 。但是Java语言中没有选用引用计数算法来管理内存，主要的原因是它很难解决对象之间的相互循环引用的问题。所以下面我们主要介绍根搜索算法。

       在Java和C#中都是使用根搜索算法判定对象是否存活。算法基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的点作为起始进行向下搜索，当从GC到某一个对象不可达的时候，也就是说一个对象到GC Roots没有任何引用链相连的时候，这个对象就会被判定为可回收的。

       在java中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

1.虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用的对象。

2.方法区中的类静态属性引用的对象。

3.方法区中的常量引用的对象。

4.本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

 

根搜索算法的图示如下：

 

图：根搜索算法判定对象是否可回收

 

二.垃圾收集算法

 

1.标记-清除算法（Mark-Sweep）

这是最基础的垃圾收集算法，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。它的主要缺点有两个：一个是效率问题，标记和清除效率都不高；另一个是空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致分配大对象时没有足够的大的连续空间，而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

 

图：标记-清除算法示意图

 

2.复制算法（Copying）

为了解决效率问题，有了“复制”的算法，他将可用内存分为大小相同两块。每次只用一块，当一块空间用完了，就将还存活的对象复制到另一块上，然后将刚使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况。实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小到原来的一半，代价太贵了点。实际上，新生代中的对象98%都是朝生夕死，所以不需要按1：1的比例来分内存，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden空间和其中一块Survivior空间。当回收时，将Eden和Survivor中还存活的对象一次性的拷贝到另一块Suivivior中，最后清理掉Eden和刚用过的Survivor空间。

图：复制算法示意图

 

3.标记-整理（Mark-Compact）

复制收集算法在对象存活率高的时候就要执行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保用于应付半区内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。

    因此人们提出另外一种“标记－整理”（Mark-Compact）算法由于老年代中的对象生存周期都较长，有人提出“标记-整理”算法，标记过程和“标记-清理”一样，但在清除已死对象的同时会对存活对象进行整理，这样可以减少碎片空间。

 

图：标记-整理算法示意图

 

4.分代收集

当前商业虚拟机的垃圾收集都是采用“分代收集”（Generational Collecting）算法，这种算法并没有什么新的思想出现，只是根据对象不同的存活周期将内存划分为几块。一般是把Java堆分作新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就用复制算法，只要少量复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象的存活率较高、周期长，就用“标记-整理”或“标记-清除”算法来回收。