JVM中四种GC算法案例详解

目录
  • 介绍
  • 引用计数算法（Reference counting）
    • 算法思想：
    • 核心思想：
    • 优点：
    • 缺点：
    • 例子如图：
  • 标记–清除算法（Mark-Sweep）
    • 算法思想：
    • 优点
    • 缺点
    • 例子如图
  • 标记–整理算法
    • 算法思想
    • 优点
    • 缺点
    • 例子
  • 复制算法
    • 算法思想
    • 优点
    • 缺点
  • 总结

介绍

程序在运行过程中，会产生大量的内存垃圾（一些没有引用指向的内存对象都属于内存垃圾，因为这些对象已经无法访问，程序用不了它们了，对程序而言它们已经死亡），为了确保程序运行时的性能，java虚拟机在程序运行的过程中不断地进行自动的垃圾回收（GC）。关于 JVM 的 GC 算法主要有下面四种：

引用计数算法（Reference counting）

算法思想：

每个对象在创建的时候，就给这个对象绑定一个计数器。每当有一个引用指向该对象时，计数器加一；每当有一个指向它的引用被删除时，计数器减一。这样，当没有引用指向该对象时，该对象死亡，计数器为0，这时就应该对这个对象进行垃圾回收操作。

核心思想：

为每个对象额外存储一个计数器 RC ，根据 RC 的值来判断对象是否死亡，从而判断是否执行 GC 操作。

优点：

  • 简单
  • 计算代价分散
  • “幽灵时间”短（幽灵时间指对象死亡到回收的这段时间，处于幽灵状态）

缺点：

  • 不全面（容易漏掉循环引用的对象）
  • 并发支持较弱
  • 占用额外内存空间

例子如图：

初始状态：

改变引用后：

标记–清除算法（Mark-Sweep）

算法思想：

为每个对象存储一个标记位，记录对象的状态（活着或是死亡）。分为两个阶段，一个是标记阶段，这个阶段内，为每个对象更新标记位，检查对象是否死亡；第二个阶段是清除阶段，该阶段对死亡的对象进行清除，执行 GC 操作。

优点

  • 最大的优点是，相比于引用计数法，标记—清除算法中每个活着的对象的引用只需要找到一个即可，找到一个就可以判断它为活的。
  • 此外，这个算法相比于引用计数法更全面，在指针操作上也没有太多的花销。更重要的是，这个算法并不移动对象的位置（后面俩算法涉及到移动位置的问题）。

缺点

  • 很长的幽灵时间，判断对象已经死亡，消耗了很多时间，这样从对象死亡到对象被回收之间的时间过长。
  • 每个活着的对象都要在标记阶段遍历一遍；所有对象都要在清除阶段扫描一遍，因此算法复杂度较高。
  • 没有移动对象，导致可能出现很多碎片空间无法利用的情况。

例子如图

这个图中，圆圈内灰色的对象就是已经死亡的对象，被标记为死亡，等待清除。

标记–整理算法

算法思想

标记-整理法是标记-清除法的一个改进版。同样，在标记阶段，该算法也将所有对象标记为存活和死亡两种状态；不同的是，在第二个阶段，该算法并没有直接对死亡的对象进行清理，而是将所有存活的对象整理一下，放到另一处空间，然后把剩下的所有对象全部清除。这样就达到了标记-整理的目的。

优点

  • 该算法不会像标记-清除算法那样产生大量的碎片空间。

缺点

  • 如果存活的对象过多，整理阶段将会执行较多复制操作，导致算法效率降低。

例子

如图：

上面是标记阶段，下面是整理之后的状态。可以看到，该算法不会产生大量碎片内存空间。

复制算法

算法思想

该算法将内存平均分成两部分，然后每次只使用其中的一部分，当这部分内存满的时候，将内存中所有存活的对象复制到另一个内存中，然后将之前的内存清空，只使用这部分内存，循环下去。

注意：

这个算法与标记-整理算法的区别在于，该算法不是在同一个区域复制，而是将所有存活的对象复制到另一个区域内。

优点

  • 实现简单
  • 不产生内存碎片

缺点

  • 每次运行，总有一半内存是空的，导致可使用的内存空间只有原来的一半。

总结

不同算法有不同的优点和缺点，除了引用计数法不常用外，其他三种算法在现在的java虚拟机上也是很常见的，间接说明了这几个经典算法还是有其适用性的。

理解 JVM 的 GC 算法能够帮助我们更好地理解java的垃圾回收机制，例如，在 JVM 的年轻代使用的是复制算法来进行垃圾回收（由于其中的存活对象比例较小）；而在老年代，使用的却是标记-清除法或标记-整理法（由于每次回收都只回收少量对象）

到此这篇关于JVM中四种GC算法案例详解的文章就介绍到这了,更多相关JVM中四种GC算法内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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