JVM垃圾回收算法的概念与分析

前言

在JVM内存模型中会将堆内存划分新生代、老年代两个区域，两块区域的主要区别在于新生代存放存活时间较短的对象，老年代存放存活时间较久的对象，除了存活时间不同外，还有垃圾回收策略的不同，在JVM中中有以下回收算法：

  • 标记清除
  • 标记整理
  • 复制算法
  • 分代收集算法

有了垃圾回收算法，那JVM是如果确定对象是垃圾对象的呢？判断对象是否存活JVM也会有几套自己判断算法了：

  • 引用记数
  • 可达性分析

有了垃圾回收和判断对象存在这两个概念后，再来逐步分析它们。

JVM是如何判断对象是否存活的？

要是让开发人员来判断一个对象是否有用是很简单的，简单的说就是：对象没有任何引用就认为该对象可以被回收了。假设有如下程序代码：

public class App {

 public static void main(){
  checkFile("/");
 }

 public static boolean checkFile(String path ){
  File file = new File(path);
  return file.exists();
 }
}

程序执行起来在调用checkFile的时候JVM图大概像这样：

到checkFile方法执行完成之后，它里面的局部变量file就会随着栈帧一起被清理，这个时候还存活在JVM堆中的File对象也是无用的了：

要是人为来判断非常清晰的就发现File对象已经无用了，那换成JVM它又是如何来判断对象是否能存活的呢？

引用记数

引用记数算法原理比较简单，想象下有个对象它有一个count属性，每次引用该对象都会使count加1，假设JVM在判断该对象是否存活的时候去检查这个count属性，发现这个属性不为0说明还有其他对象在引用该对象。

等到checkFile方法执行完之后count就会减1变成0：

这样一来JVM就很容易判断一个对象是否存活了。

但是引用记数有一个明显的缺点，就是无法解决循环引用的问题比如：A --> B --> A 这样的对象关系它是没有办法来判断对象是否该不该回收的。

GC Root（可达性分析）

为什么会被称为可达性分析算法呢？可以这样理解如果通过GC Root能到达一个对象那么这个对象就是存活的。那什么样的对象才是GC Root呢？

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

  1. 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）；
  2. 方法区中类静态属性引用的对象；
  3. 方法区中常量引用的对象；
  4. 本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象。

还是用上面的例子，在checkFile方法执行时，因为栈帧变量file可做为GC Root所以在执行期间JVM是绝对不会回收掉这个File对象：

但是等到checkFile执行完成之后，这个栈帧会被弹出，其中的变量也会被释放，相应的没有GC Root能到达堆中的File对象，这个时候就可以判断这个对象是一个无用的对象了，然后安全回收。

垃圾收回算法

标记清除

这种算法分两分：标记、清除两个阶段，

标记阶段是从根集合（GC Root)开始扫描，每到达一个对象就会标记该对象为存活状态，清除阶段在扫描完成之后将没有标记的对象给清除掉。

用一张图说明：

这个算法有个缺陷就是会产生内存碎片，如上图B被清除掉后会留下一块内存区域，如果后面需要分配大的对象就会导致没有连续的内存可供使用。

标记整理

标记整理就没有内存碎片的问题了，也是从根集合（GC Root)开始扫描进行标记然后清除无用的对象，清除完成后它会整理内存。

这样内存就是连续的了，但是产生的另外一个问题是：每次都得移动对象，因此成本很高。

复制算法

复制算法会将JVM推分成二等分，如果堆设置的是1g，那使用复制算法的时候堆就会有被划分为两块区域各512m。给对象分配内存的时候总是使用其中的一块来分配，分配满了以后，GC就会进行标记，然后将存活的对象移动到另外一块空白的区域，然后清除掉所有没有存活的对象，这样重复的处理，始终就会有一块空白的区域没有被合理的利用到。

两块区域交替使用，最大问题就是会导致空间的浪费，现在堆内存的使用率只有50%。

分代回收

新生代回收

JVM的堆分为新生代和老年代，两种类型有不同的特性，根据它们的特性来选择不同的回收算法，这种算法会将新生代划分为一块Eden和二个Survivor区：

如上面的图有三块区域它们会按照8:1:1的比例进行分配，如1000m的堆Eden是800m,二个Survivor各占100m，那它们是如何运行的呢？

  1. 始终会有一块Survivor是空着的，内存使用率是90%
  2. 程序运行会在Eden和其中一块Survivor 1中分配内存
  3. 等到执行Minor gc，会将存活下来的对象移动到空着的Survivor 2中
  4. 然后在Eden和Survivor 2中继续分配内存，Survivor 1空着等着下次使用

这样就能使内存使用率达到90%，也不会产生内存碎片。

老年代回收

老年代对象即使进行了垃圾回收，对象的存活率也高，所以采用标记清除或标记整理算法都是不错的选择，这里就不做阐述。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对我们的支持。

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