深入理解JVM--垃圾收集算法

最新推荐文章于 2024-04-08 12:34:41 发布

wuzhenwei0419

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分类专栏： JVM 文章标签：垃圾收集算法

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本文深入探讨JVM中的各种垃圾收集算法，包括标记-清除、复制算法、标记-整理和分代收集算法。详细解析了HotSpot虚拟机的实现细节，如根节点枚举、安全点和安全区域的概念，以及线程中断机制。

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深入理解JVM--垃圾收集算法

标记-清除算法

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。
它是最基础的收集算法，会带来两个明显的问题

效率问题：标记和清除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在程序运行过程中需要分配对象时，无法找到足够的连续的内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

复制算法

为了解决效率问题，“复制”收集算法出现了。

它可以将可用内存按容量划分为大小相等的两快，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着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空。这样使得每次都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。
　　现在的商业虚拟机都采用这种收集算法回收新生代。
　　在这里插入图片描述

标记-整理算法

根据老年代的特点特出的一种标记算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象回收，而是让所有存活的对象向一段移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
在这里插入图片描述

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"(Denarationl Collection)算法。

这种算法没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将java堆分为新生代和老年代，这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。

比如在新生代中，每次收集都会有大量对象死去，所以可以选择复制算法，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的对象存活几率是比较高的所以我们可以选择“标记-清理”或“标记-整理”算法进行垃圾收集。

HotSpot的算法实现

枚举跟节点
　　GC停顿：可达性分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行。"一致性"是指在整个执行系统看起来就像被冻结在某个时间上，不可以出现分析过程中对象引用关系还在不断变化的情况，该点不满足的话分析结果准确性就无法得到保证。这点是导致GC进行时必须停顿所有Java执行线程的其中一个重要的原因，即使是号称几乎不会发生GC停顿的CMS收集起中，枚举根节点时也是必须停顿的。　　
　　在HotSpot的实现中，是使用一组称为OopMap的数据结构来达到这个目的的，在类加载完成的时候，HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，在JIT编译过程中，也会在特定的位置记录下栈和寄存器中哪些位置是引用。这样GC在扫描时就可以得知这些信息类。
安全点
　　HotSpot没有为每条指令都生成OopMap，只是在"特定位置"记录类这些信息，这些位置称为安全点(Safepoint),即程序执行时并非所有地方都能停顿下来开始GC，只有到达安全点时才能暂停。
　　Safepoint选定既不能太少以至于GC等待时间太长，也不能过于频繁以至于过分增大运行的负荷。所以安全点的选定基本上是一程序"是否有让程序长时间执行的特征"为标准选定的，因为每条指令执行的时间都非常短暂，程序不太可能因为指令流长度这个原因而过长时间运行，"长时间执行"的最明显的特征就是指令序列复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等，所以具有这些功能的指令才会产生Safeponit。
　　
如何在GC发生发生时让所有线程(不包括执行JNI调用的线程)都在最近的安全点上才停下来。有两种方案可供选择：
　　1. 抢先式中断(Preemtive Suspension)：不需要线程的执行代码主动去配合，在GC发生时，首先把所有线程全部中断，如果发现有线程中断的地方不再安全点上，就恢复线程让它跑到安全点上。(现在几乎没有虚拟机实现采用抢先式中断来暂停线程响应GC事件)
　　2. 主动式中断(Boluntary Suspension)：思想是当GC需要中断线程的时候，不直对线程操作，仅仅简单地设置一个标志，各个线程执行是主动去轮询这个标志，发现中断标志为真时就自己中断挂起。轮询标志的地方和安全点是重合的。另外再加上创建对象需要分配内存的地方。
安全区域(Safe Regin)
　　安全区域是指在一端代码片段中，引用关系不会发生变化。在这个区域的任意地方开始GC都是安全的，我们可以把Safe Regin看作是被扩展了的Safepoint。

这里是引用
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU4NDQ4MzU5OA==&mid=2247483914&idx=1&sn=9aa157d4a1570962c39783cdeec7e539&chksm=fd98546bcaefdd7d9f61cd356e5584e56b64e234c3a403ed93cb6d4dde07a505e3000fd0c427#rd
https://www.cnblogs.com/lrh-xl/p/5292495.html