java GC - 垃圾回收器原理

java从堆分配空间的速度，可以喝其他语言从堆栈上分配空间的速度相比。

 

C++语言的堆看做一个院子，每个对象都有自己的一块地盘。一段时间后，对象可以被销毁，但是地盘当然需要重用。JVM中不同：它更像一个传送带，每分配一个新的对象，就往前移动一格，这样对象分配速度快。java“堆指针”只是简单的移动到尚未分配的区域，与C++在堆栈上的分配速度。当然，在实际的过程中，簿记工作方面会有商量额外的开销，但是相比查找可用空间这样很小了。

 

你可能已经意识到，其实java中的堆未必完全是像传送带那样工作。因为这样的话，会导致频繁的内存页面调度——将其移进、出硬盘，并因此显得需要拥有比实际需要更多的内存。页面调度会显著的影响性能，最终在创建足够多的对象后，内存资源耗尽。因此，这里就多了jvm的核心关键：垃圾回收器。

垃圾回收器工作时候，将一面回收空间，一面使堆中的对象紧凑排列。这样的“堆指针”就很容易移动到更接近“传送带”的开始处，也就尽量避免了页面错误。通过垃圾回收器对对象的重新排列，实现了一种高速的、有足够空间可供分配的堆模型。

 

我们先看看其他语言的垃圾回收机制：引用计数是一种简单但是速度很慢的垃圾回收技术。对个对象都含有一个引用计数器，当有引用连接对象时，引用计数+1，，当引用离开作用于或者被设置成为null时，引用计数-1,。虽然管理引用计数的开销不大，但是这是一个在整个程序的生命周期中一直持续着。垃圾回收器会在所有的对象列表上遍历，当发现某个对象的引用计数0，就释放其占用的空间（这样的机制，导致一旦计数为0就会立即释放对象资源），这样的方法有个明显的缺陷，就是如果对象之间存在循环引用，可能出现“对象英爱被回收但是引用计数不为0”。对垃圾回收期而言，要定位这样的交互自引用的对象组，又是一个大量的开销。引用计数常用来说明垃圾回收器的垃圾收集方式，但却未被任何垃圾回收器使用。

 

在更通用的模式中，垃圾回收器并非基于引用计数技术。中心思想：对任何“活”的对象。一定能够追溯到让其存活的在堆栈或者静态存储区的引用。这个引用链条可能会穿过数个对象层次。由此，如果从堆栈或者静态存储区开始，便利所有引用，就能找到所有“活”着的对象。对于发现的引用，必须追踪它所引用的对象，然后是此对象包含的所有的引用，如此迭代下去，直到找到所有“根源于堆栈和静态存储区的引用”所形成的网络被全部访问为止。你所访问过的对象，理所当然应该都是“活”的。这样就解决了“交互自引用的对象组”的问题——这种现象根本不会被发现，因此自动回收。

 

在这种思想下，Java虚拟机将采用一种“自适应”回收技术。至于如何处理找到的这些存活对象，就取决于java虚拟机的实现。

1.停止-复制（stop-and-copy）

这意味着先暂停程序的运行（不属于后台回收模式），然后将所有的“活”对象从当前堆复制到另一个新堆。没有被复制的就是垃圾了，回收。当对象被复制到新堆后，它是一个接着一个紧凑的直接按照前面方法，简单直接分配内存。

当堆乡从一处搬到另一处，所有指向它的引用必须修正，位于堆或者静态储存区的可以自行修正，但可能还有其他指向这些对象的引用，他们在遍历使用时，才能动态的被找到。（旧地址－新地址的映射）

 

缺点：“复制式”GC效率会降低，1）首先要得到两个堆，2）在这两个堆间的分离来回操作，得维护比实际需要更多一倍的时间，3）复制：程序进入隐性状态后，可能只有很少的垃圾，甚至没有垃圾产生，但是GC仍然会将所有的内存从一处－另一处新堆，浪费。

Java处理：1）按照需要从堆中分配几块较大的内存，复制动作发生在这些较大内存间，减少创建新堆。2）

JVM检查：要是没有新垃圾，就会转换到新模式（自适应），这种模式称为标记－清扫（mark-and-sweep）

 

3.标记－清扫（mark-and-sweep）

依据思路仍然是从堆栈或者静态存储区出发，遍历所有引用，找出所有“活”对象，每当它找到或对象，就会给对象标记，这个过程不会回收任何对象。

全部标记完成后，清理才开始，没有被标记的对象就是GC，北释放内存，没有复制操作。

缺点：这样做后，剩下的内存空间显然不是连续的，要想连接，需要重新整理。而且这种模式速度慢。

 

Java GC theory:

以上两种思路，都是在暂定程序情况下进行的。

前文所述，当前Java VM中，内存分配以较大”块“为单位，如果对象较大，会占用单独的块。严格地说，定制－复制要求释放就对象之前，必须把所有存活的对象从旧堆中复制到新堆，这会导致大量的copy块，GC回收时候就可以网废弃块中COPY。

每个块都有相应代数（generation count）记录它是否存活，通常，块在某处被引用，就会代数+1,GC将上次回收动作之后新分配的块进行管理，这对处理大量短命临时的对象尤其有效。

GC定期进行完整清理动作，大型对象仍然不会被复制（代数+1），内含小对象的那些块被复制，整理。JVM会监视：所有对象都很稳定，GC效率低，切换”标记－清扫“模式，同样的，JVM跟踪该模式的效果，如果发现大量碎片，重回“停止－复制”模式。

 

自适应技术：自适应的、分代的，停止－复制，标记－清扫式GC。