垃圾收集器与内存分配策略

xiaoxiao2021-02-28  16

哪些内存需要回收? 什么时候回收? 如何回收? 运行时数据区的程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域是线程私有的,与线程生命周期一致;栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊地执行出栈和入栈操作。每一个栈帧中分配多少内存基本上是在结构确定时就已知,因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性,在这几个区域内就不需要过多考虑回收的问题,因为方法结束或者线程结束时,内存自然就随着回收了。而Java堆和方法区则不一样,一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样,一个方法中的多个分支需要的内存也不一样,只有程序处于运行期间才能知道会创建哪些对象,这部分内存的分配和回收都是动态的,垃圾收集器所关注的是这部分内存。 判断对象是否存活的算法: 引用计数法:给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器值加1,当引用失效时,计数器值减1,任何时候计数器为0的对象就是不可能再被使用的。 主流Java虚拟机没有选用引用计数算法来管理内存,其中最主要的原因是她很难解决对象之间相互循环引用的问题。 可达性分析算法:通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连,就是GC roots到这个对象不可达,则证明此对象是不可用的。 在Java语言中,可作为GC Roots的对象包含以下几种:

虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象方法区中类静态属性引用的对象方法区中常量引用的对象本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象

JDK1.2以前Java中定义的引用:如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址,就称这块内存代表着一个引用。 JDK1.2之后,将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用4种,4种引用强度一次逐渐减弱。

强引用:就是指在程序代码之中普遍存在的,类似Object obj=new Object()这类的引用,只要强引用还存在,垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。软引用:用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软应用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常之前,将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常。在JDK1.2之后,提供了SoftReference类来实现软引用。弱引用:也是用来描述非必需对象的,但它的强度比软引用更弱一些,被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时,无论当前内存是否足够,都会回收掉只被弱引用关联的对象。WeakReference类实现弱引用。虚引用:也称幽灵引用或幻影引用,它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在,完全不会对其生存空间构成影响,也无法通过一个虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。PhantomReference类来实现虚引用。 对象死亡: 回收方法区:永久代的垃圾回收主要回收两部分内容:废弃常量无用的类 以常量池中字面量的回收为例,如果一个字符串“abc”已经进入了常量池中,当前系统没有任何一个String对象是叫做“abc”的,即没有任何String对象引用常量池中的“abc”常量,也没有其他地方引用了这个字面量,如果这时发生内存回收,而且必要的话,这个“abc”常量就会被系统清理出常量池。常量池中的其他类(接口)、方法、字段的符号引用也与此类似。 无用的类:该类的所有实例都已经被回收加载该类的ClassLoader已经被回收该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用,无法在任何地方通过反射访问该类的方法 虚拟机可以对同时满足以上三个条件的无用类进行回收 垃圾收集算法: 标记-清除算法: 首先标记出所有需要的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象

缺点:效率问题,标记和清除的两个过程的效率都不高;空间问题,标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片,空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时,无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。 复制算法: 将可用内存按容量划分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块。当这一块内存用完了,就将还存活的对象复制到另一块上面,然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次是对整个半区进行内存回收,内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况,只要移动堆顶指针,按顺序分配内存即可,实现简单,运行高效。 缺点:减少了一半可用内存

标记-整理算法: 复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作,效率将会变低。更关键的是,如果不想浪费50%的空间,就需要有额外的空间进行分配担保,以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况,所以在老年代一般不能直接选用这种算法。 标记的过程仍与“标记-清除”算法一样,但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉边界以外的内存。 分代收集算法: 当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”算法,这种算法并没有什么新的思想,只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代,这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中,每次垃圾收集时都发现有大批对象死去,只有少量存活,那就选用复制算法,只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而在老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保,就必须使用“标记-清理”或者“标记-整理”算法来进行回收。

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