jvm垃圾回收

目录

• 垃圾回收
  • 概述
    • 什么是垃圾
    • 早期的垃圾回收
    • 垃圾回收规则
  • 垃圾回收算法 -XX:+PrintGCDetails
    • 标记阶段
      • 引用计数算法(Reference Counting)
      • 可达性分析算法(或根搜索算法, 追踪性垃圾收集)

垃圾回收

概述

• 垃圾收集, 不是Java语言伴随物, 早在1960年的Lisp语言就在使用
• 三大基本问题
  • 那些内存需要回收
  • 什么时候需要回收
  • 如何回收
• Java垃圾收集还在演变中

什么是垃圾

垃圾是指在运行程序中没有任何指针指向的对象

早期的垃圾回收

• 早期的C/C++时代, 垃圾回收手工进行, 通过delete关键字进行内存释放

垃圾回收规则

• 垃圾回收器对年轻代回收, 也可以对老年代回收, 甚至全堆和方法区回收
  • 其中 java堆为重点
• 从次数上
  • 频繁收集Young区
  • 较少收集Old区
  • 基本不动Perm区(或 元空间)

垃圾回收算法 -XX:+PrintGCDetails

标记阶段

引用计数算法(Reference Counting)

对每个对象保存一个整形的引用计数器属性, 用于记录对象被引用的情况

对于一个对象A, 只要有任何一个对象引用了A, 则A的引用计数器就加1; 当引用失效的时候, 引用计数器就减1
只要对象A的引用计数器的值为0, 即表示对象A不可能再被使用, 可进行回收

• 优点: 实现简单 垃圾对象便于辨识 判定效率高 回收没有延时
• 缺点:
  • 需要单独的字段存储计数器, 这样的做法增加了存储空间开销
  • 每次赋值都需要更新计数器, 伴随着加法和减法操作, 这增加了时间开销
  • 引用计数器有一个严重的问题, 即无法处理循环引用的情况, 这是一条致命缺陷, 导致在Java的垃圾回收期中没有使用这类算法

小结

• 引用计数算法 是很多语言的资源回收选择, 例如Python
• python如何解决循环引用
  • 手动解除
  • 使用弱引用weakref, weakref是python提供的标准库, 旨在解决循环引用

可达性分析算法(或根搜索算法, 追踪性垃圾收集)

• 相较于引用计数法而言, 改算法可有效解决循环引用问题, 防止内存泄露
• 此算法是Java, C#选择, 通常叫做追踪性垃圾收集(Tracing Garbage Collection)
• 所谓"GC Roots"根集合就是一组必须活跃的引用
• 基本思路
  • 可达性分析算法是以根对象集合(GC Roots)为起始点, 按照从上到下的方式搜索被根对象集合所链接的目标对象是否可达
  • 使用可达性分析算法后, 内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着, 搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)
  • 如果目标对象没有任何引用链相连, 则是不可达, 表示对象已经死亡, 可以标记为垃圾对象
  • 在可达性分析算法中, 只有被根对象集合直接或间接连接的对象才是存活对象

其中的GC Roots包括以下几类元素

• 虚拟机栈中引用的对象
  • example: 各个线程被调用的方法中使用到的参数, 局部变量等
• 本地方法栈内的JNI(通常说本地方法引用的对象)
• 方法区中类静态属性引用的对象
  • 比如: Java类的引用类型静态变量
• 方法区中常量引用的对象
  • 比如: 字符串常量池(String Table)里的引用
• 所有被同步锁synchronized持有的对象
• Java虚拟机内部的引用
  • 基本数据类型对应的Class对象, 一些常驻的异常对象(如: NullPointerException, OutOfMemoryError)
• 反映java虚拟机内部情况的JMXBean, JVMTI中注册的回调, 本地代码缓存等
• 除了固定的GC Roots集合, 用户所选用的垃圾收集器以及当前回收的内存区域不同, 还可以有其他对象"临时性"地加入, 共同构成完整GC Roots集合
  • 如果只针对java堆中的某一块进行垃圾回收, 必须考虑到内存区域是虚拟机自己的实现细节, 更不是孤立封闭的, 这个区域的对象完全有可能被其他区域对象所引用, 这时候就需要一并将关联的区域对象也加入GC Roots集合中去考虑, 才能保证可达性分析的准确性
• 小技巧:
  由于Root采用栈方式存放变量和指针, 所以如果一个指针, 保存了堆内存里的对象, 但是自己不在堆内存中, 那它就是一个Root

注意

• 如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收, 那么分析工作必须在一个能保障一致性的快照中进行了, 这点不满足的话分析结果的准确性就无法保证
• 这点也是导致GC进行时必须"Stop The World"的一个重要原因
  • 即使号称(几乎)不会发生停顿的CMS收集器中, 枚举根节点时也是必须要停顿的