【JVM 3】Java虚拟机的垃圾回收机制-优快云博客

引⽤计数描述的算法为:
给对象增加⼀个引⽤计数器，每当有⼀个地⽅引⽤它时，计数器就+1；当引⽤失效时，计数器就 -1；任何时刻计数器为0的对象就是不能再被使⽤的，即对象已"死"。

引⽤计数法实现简单，判定效率也⽐较⾼，在⼤部分情况下都是⼀个不错的算法。⽐如Python语⾔就采⽤引⽤计数法进⾏内存管理。

但是，在主流的JVM中没有选⽤引⽤计数法来管理内存，有两个原因：

1. 对每个对象都加一个计数器，那么会消耗的额外的内存空间。

2. ⽆法解决对象的循环引⽤问题（主要原因）

b)可达性分析算法

上⾯我们讲了，Java并不采⽤引⽤计数法来判断对象是否已"死"，⽽采⽤"可达性分析"来判断对象是否存活(同样采⽤此法的还有C#、Lisp-最早的⼀⻔采⽤动态内存分配的语⾔)。

此算法的核⼼思想为:

通过⼀系列称为"GCRoots"的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索⾛过的路径称之为"引⽤链"，当⼀个对象到GCRoots没有任何的引⽤链相连时(从GCRoots到这个对象不可达)时，证明此对象是不可⽤的。

在写代码的过程中,会定义很多的变量.
比如,栈上的局部变量/方法区中的静态类型的变量/常量池中引用的对象
就可以从这些变量作为起点,出发,尝试去进行"遍历"
所谓的遍历就是会沿着这些变量中持有的引用类型的成员,再进一步的往下进行访问.
所有能被访问到的对象,自然就不是垃圾了.剩下的遍历一圈也访问不到的对象，自然就是垃圾

以下图为例：本质上是用“时间换空间”相比于引用计数，需要消耗更多的额外的时间,但是总体来说,还是可控的.不会产生类似于"循环引用"这样的问题.

对象Object5-Object7之间虽然彼此还有关联，但是它们到GCRoots是不可达的，因此他们会被判定为可回收对象。

②垃圾回收算法

通过上⾯的学习我们可以将死亡对象标记出来了，标记出来之后我们就可以进⾏垃圾回收操作了，在那之前，先看下垃圾回收机器使⽤的⼏种算法（这些算法是垃圾收集器的指导思想）。

a) 标记-清除算法

"标记-清除"算法是最基础的收集算法。算法分为"标记"和"清除"两个阶段:⾸先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统⼀回收所有被标记的对象。后续的收集算法都是基于这种思路并对其不⾜加以改进⽽已。

原理：分为两个阶段：

标记阶段：从GC Roots开始，标记所有可达的对象。

清除阶段：回收未被标记的对象。

优点：简单直观。

"标记-清除"算法的不⾜主要有两个:

效率问题: 标记和清除这两个过程的效率都不⾼
空间问题: 标记清除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中需要分配较⼤对象时，⽆法找到⾜够连续内存⽽不得不提前触发另⼀次垃圾收集。

b) 复制算法

"复制"算法是为了解决"标记-清理"的效率问题。它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。当这块内存需要进⾏垃圾回收时，会将此区域还存活着的对象复制到另⼀块上⾯，然后再把已经使⽤过的内存区域⼀次清理掉。这样做的好处是每次都是对整个半区进⾏内存回收，内存分配时也就不需要考虑内存碎⽚等复杂情况，只需要移动堆顶指针，按顺序分配即可。此算法实现简单，运⾏⾼效。

原理：将存活对象从一个内存区域复制到另一个区域，然后清空原区域。

优点：避免了内存碎片问题。

缺点：需要两倍的内存空间。

适用场景：常用于新生代垃圾回收，因为新生代对象大多生命周期短。

算法的执⾏流程如下图:

现在的商⽤虚拟机(包括HotSpot都是采⽤这种收集算法来回收新⽣代)

c) 标记-整理算法

复制收集算法在对象存活率较⾼时会进⾏⽐较多的复制操作，效率会变低。因此在⽼年代⼀般不能使⽤复制算法。

针对⽼年代的特点，提出了⼀种称之为"标记-整理算法"。标记过程仍与"标记-清除"过程⼀致，但后续步骤不是直接对可回收对象进⾏清理，⽽是让所有存活对象都向⼀端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

原理：结合了标记-清除和复制算法的优点。标记阶段识别存活对象，然后将这些对象移动到内存的一端，另一端被清空。

优点：解决了内存碎片问题，提高了内存利用率。

适用场景：常用于老年代垃圾回收。

流程图如下

d) 分代算法⭐⭐

分代算法和上⾯讲的3种算法不同，分代算法是通过区域划分，实现不同区域和不同的垃圾回收策略，从⽽实现更好的垃圾回收。这就好⽐中国的⼀国两制⽅针⼀样，对于不同的情况和地域设置更符合当地的规则，从⽽实现更好的管理，这就时分代算法的设计思想。

当前JVM垃圾收集都采⽤的是"分代收集(GenerationalCollection)"算法，这个算法并没有新思想，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。

在新⽣代中，每次垃圾回收都有⼤批对象死去，只有少量存活，因此我们采⽤复制算法；⽽⽼年代中对象存活率⾼、没有额外空间对它进⾏分配担保，就必须采⽤"标记-清理"或者"标记-整理"算法。

原理：基于对象生命周期的观察，将堆内存划分为新生代和老年代。

新生代：存放新创建的对象，采用复制算法。

老年代：存放存活时间较长的对象，采用标记-压缩或标记-清除算法。

优点：提高了垃圾回收的效率。

哪些对象会进⼊新⽣代？哪些对象会进⼊⽼年代？

• 新⽣代：⼀般创建的对象都会进⼊新⽣代；

• ⽼年代：⼤对象和经历了N次（⼀般情况默认是15次）垃圾回收依然存活下来的对象会从新⽣代移动到⽼年代。

⾯试题:

请问了解MinorGC和FullGC么，这两种GC有什么不⼀样吗?

1. MinorGC⼜称为新⽣代GC:指的是发⽣在新⽣代的垃圾收集。因为Java对象⼤多都具备朝⽣⼣灭的特性，因此MinorGC(采⽤复制算法)⾮常频繁，⼀般回收速度也⽐较快。

2. Full GC⼜称为⽼年代GC或者MajorGC:指发⽣在⽼年代的垃圾收集。出现了MajorGC，经常会伴随⾄少⼀次的MinorGC(并⾮绝对，在ParallelScavenge收集器中就有直接进⾏FullGC的策略选择过程)。MajorGC的速度⼀般会⽐MinorGC慢10倍以上。

1)当代码中new 出一个新的对象,这个对象就是被创建在伊甸区的.伊甸区中就会有很多的对象.
—个经验规律:伊甸区中的对象,大部分是活不过第一轮GC .这些对象都是“朝生夕死”，生命周期非常短!
2)第一轮GC扫描完成之后,少数伊甸区中幸存的对象,就会通过复制算法,拷贝到生存区
后续GC的扫描线程还会持续进行扫描.不仅要扫描伊甸区,也要扫描生存区的对象.
生存区中的大部分对象也会在扫描中被标记为垃圾.少数存活的,就会继续使用复制算法,拷贝到另外一个生存区中!!
只要这个对象能够在生存区中继续存活,就会被复制算法继续拷贝到另一半的生存区中.
每次经历一轮GC的扫描,对象的年龄都会＋1
3)如果这个对象在生存区中,经过了若干轮GC仍然健在~~
JVM就会认为,这个对象生命周期大概率很长,就把这个对象从生存区,拷贝到老年代~~
4)老年代的对象,当然也要被GC扫描,但是扫描的频次就会大大降低了.
老年代的对象,要G早G了~~～既然没G说明生命周期应该是很长的.频繁GC扫描意义也不大,白白浪费时间.不如放到老年代,降低扫描频率.
5)对象在老年代寿终正寝, 此时JVM就会按照标记整理的方式,释放内存.

③垃圾收集器

垃圾收集器是一种自动化的内存管理工具，用于在程序运行时识别和清理不再被程序使用的内存，从而避免内存泄漏并提高内存利用率。以下是关于垃圾收集器的总结：

定义：

垃圾收集器是一种用于自动管理内存的软件组件，其主要任务是在程序运行时识别和回收不再使用的内存，以避免内存泄漏和提高内存利用率。

工作原理：

标记-清除（Mark and Sweep）：垃圾收集器通过标记不再被程序引用的对象，然后清理掉这些未被标记的对象。这个过程包括标记阶段和清理阶段。
复制（Copying）：将存活的对象复制到另一个内存空间，然后清理原始空间中的所有对象。这种方法通常用于实现年轻代的垃圾收集。
标记-整理（Mark and Compact）：类似于标记-清除，但在清理阶段会将存活的对象压缩到内存的一端，以便释放出连续的内存空间。

优缺点：

优点：
自动化管理：减少了程序员手动管理内存的工作量。
避免内存泄漏：及时回收不再使用的内存，避免了内存泄漏的发生。
提高内存利用率：通过回收不再使用的内存，提高了内存的利用率。

缺点：
开销：垃圾收集器本身会消耗一定的计算资源，可能会影响程序的性能。
暂停：在进行垃圾回收时，程序可能会出现暂停，导致性能下降或用户体验变差。
实现复杂性：设计和实现高效的垃圾收集器是一项复杂的工程，需要考虑多种因素。

类型：

串行垃圾收集器：单线程执行垃圾收集任务，适用于小型应用或测试目的。
并行垃圾收集器：多线程执行垃圾收集任务，提高了垃圾收集的效率，适用于多核处理器。
并发垃圾收集器：允许垃圾收集与程序的执行并发进行，减少了垃圾收集导致的停顿时间，适用于需要低延迟的应用。

常见实现：

Java垃圾收集器：包括串行收集器、并行收集器、并发标记清除收集器（CMS）、G1收集器等，每种收集器都有不同的适用场景和特点。
C/C++垃圾收集器：如Boehm垃圾收集器等，提供了在C/C++中进行自动内存管理的解决方案。