GC算法

一、什么是GC

　　GC是垃圾收集的意思（Gabage Collection），在程序运行过程中会产生一部分不再使用的对象占用着内存空间，如果这些对象长期占用内存而不被清除，就会使得内存不足，而导致内存溢出。内存处理是编程人员容易出现问题的地方，忘记或者错误的内存回收会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃。我们知道 C++ 程序员在编码过程中，都需要自己去管理内存，一旦内存没有回收就会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃。JAVA为了解决这个问题就推出了这个自动清除无用对象的功能，或者叫机制，这就是GC，它可以自动监测对象是否超过作用域从而达到自动回收内存的目的，使得Java 程序员不用担心内存管理。

　　System.gc() 和 Runtime.getRuntime().gc()在 java 中可以提醒GC做垃圾回收，但是仅仅是提醒，具体GC做不做垃圾回收不是人为可以控制的，因为 垃圾回收时不定时的。

　　在 Java 中 GC 主要进行垃圾回收的位置是，堆和永久区。

 二、可触及性

　　在垃圾回收的过程中，需要去识别什么是垃圾，这里存在一个可触及性的概念。

• 可触及的　　

　　　　　从根结点开始可以触及到这个对象，那么这个对象就具有可触及性。

• 可复活的

　　　　一些对象在当前状态不可被触及，但是过一段时间之后就会再次被触及，所以这种对象也是不可以被GC回收。一旦所有引用被释放就是可复活状态，因为在finalize()中可以复活。所以一般要避免使用finalize()方法，如果操作不当，有可能会导致对象复活而导致一些不可预见的错误，而且它的优先级比较低，什么时候会被调用也时一件不确定的事情，如果有相对应的操作可以使用try-catch-finally来代替。

• 不可触及的　　

　　　　在finalize()之后，可能会进入不触及状态，不可触及的的对象不能被复活，可以直接被GC回收

 

　　哪些元素可以作为根元素呢？

 

　　　　　　①. 本地方法栈中的JNI（Native方法）引用对象。

 

　　　　　　②. 栈中的本地变量表

 

　　　　　　③. 方法区中的常量

 

　　　　　　④. 类的静态变量

 

三、GC算法

• 引用计数法

 　　　　在堆中存储对象时，每个对象都会存在一个计数器，如果此对象被其他对象或者栈中局部变量等引用，则引用计数 +1 ，反之，如果被放弃引用则引用计数 -1.当一个对象的引用计数为 0 时，则说明没有被其他对象所引用，于是它就属于垃圾。但是，引用计数法存在一个问题，如果A对象引用B对象，B对象引用A对象，那么测试的计数器的值都会大于0，所以使得A对象和B对象不可以被回收。在java中没有使用，而是被python所使用。

　　　　我们看下面例子：

 

　　　　此时 A，C，E 对象的引用计数为 1 ，而B，D 则为 引用计数为2 ，F的引用计数为 0，所以，F对象则为即将被回收的对象,但是像 G 和 H 对象则互相引用，他们的引用计数均为1，所以此时 G，H两个对象将不会被回收，这也是引用计数法存在的一个最根本的问题。

• 可达性分析算法

　　　　可达性分析算法时用来判断对象是否存活的。这个算法主要时以从根元素（GC Roots）出发，向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，则判定这个对象为可回收对象。

　　　　我们看下面例子：

 

　　　　　　此时，A,B,D是可达的，而C，D则时不可达的，无论C，D是否相互引用，都会被回收。

• 标记清除法

 　　　　标记清除法时现代垃圾回收算法的思想基础。它主要分两个阶段，标记阶段，和清除阶段，其中标记阶段就是使用上面的可达性算法去判断，此对象是否被引用，将未被引用和被引用的对象进行区分，将被引用的对象进行标记。在清除阶段清除所有没有被标记的对象。

　　　　我们看下面例子：

　　　　其中灰色部分表示被标记的对象，黑色部分表示未被标记对象，白色部分表示被空闲空间，在标记阶段，通过根元素开始标记被引用的对象，标记结束之后回收未被标记的对象。

• 标记压缩法

 　　　　标记压缩法是在标记清除法的基础上做了一定的优化，它适用与存活对象较多的内存空间，比如老年代。标记压缩法跟标记清除法一样首先需要标记被引用的对象，但是在清除阶段有一定的优化，它将被标记的对象放在内存的一端，然后将内存边界之外的内存全部清除。

　　　　我们看下面例子：

　　　　首先，将被引用的对象标记出来，然后将被引用的对象全部按照地址进行存放到内存的一端，然后清除边界外的所有内存。

• 复制算法

 　　　　复制算法，也是对标记清除法的优化，而且它的效率更加高效，但是它不适合于老年代这种存活对象较多的内存，应为它将内存划分为大小完全相同的两块区域，而每次只使用一块，另一块则完全处于空闲状态，当进行回收对象时，它首先需要做的也是将被引用的对象进行标记，然后将这些被引用的对象复制到另一块内存中，将这块内存进行清理回收，然后将两块内存的职责进行调换，完成垃圾回收。

 　　　　我们看下面例子：

　　　　首先，我们有两块完全一样大小的内存，一块不进行使用，完全空闲，另一块使用之后，在进行垃圾回收时进行标记被引用对象，然后将被引用对象复制到另一块内存中，将第一块内存进行回收，然后将两块内存职责交换。

 

四、现代JMV中GC的算法使用

 　　在现代JVM中GC垃圾清理时不止使用一种算法，而是将不同的算法运用与不同的内存空间进行垃圾回收。

 

　　现在，GC在进行垃圾回收时，老年代将使用标记清除法进行回收，而新生代则使用了标记压缩法和复制算法，首先第一块比较大的区域为 eden区，下面两块比较小的区域为from区和to区也叫做s0和s1区，最下面为老年代。eden区在进行垃圾回收时首先将大对象直接进入老年代，然后将其他的被标记的对象放入没有使用的这块空间中也就是to区，然后将eden区全部清空。from区进行回收时，首先将被标记，但是比较年轻（经历过垃圾回收次数少）的对象放入to区，然后将年龄比较大（经历过垃圾回收次数多）的对象放入老年代，然后将from区全部清空，最后将from区和to区进行交换，结束回收。

 

五、分代思想

　　根据对象存活的周期进行分类，短命的对象归为新生代，长命的对象归为老年代。

　　新生代：刚刚被创建出来的对象就是新生代对象。比较适合复制算法，因为新生代对象相对较少。

　　老年代：在新生代中的大对象无法进入from区的对象会直接进入老年代，多次垃圾回收都没有被回收的对象会进入老年代。比较适合标记清除法和标记压缩算法，因为在老年代的对象要么是生命周期比较长的对象，要么是系统级的对象，它们多数都处于存活的状态，如果使用复制算法，一方面比较浪费空间，一方面存活对象较多，复制速度较慢。

 

 六、Stop-The-World

　　在java程序中，有极小的可能会出现全局停顿的情况，所以代码都会被挂起，只有native代码可以执行，但不能和JVM进行交互，此时多半是由GC引起的，因为在程序在运行的过程中会不断的产生垃圾对象，但是GC在进行垃圾操作时，为了可以将垃圾回收进行彻底，于是将java程序挂起，等到GC结束之后再继续运行java程序。此时就会导致服务长时间没有响应。一般GC速度是比较快的，但是如果内存比较大，垃圾比较多的时候就会使用比较长的时间进行垃圾回收。

　　这时如果遇到HA系统的话就会出现一些不必要的问题。因为主机正在进行GC时服务器没有了响应，此时备机就会自动启动去代替主机，但是当主机GC结束之后，程序会继续运行，此时主机和备机就会一起使用，就有可能导致数据不一致。

 

 

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