垃圾回收机制

2023-11-02

一,为什么要有垃圾回收

在 JVM 进行垃圾回收之前,首先就是判断哪些对象是垃圾,也就是说,要判断哪些对象是可以被销毁的,其占有的空间是可以被回收的。
在 JVM 的眼中,垃圾就是指那些在堆中存在的,已经“死亡”的对象
而我们使用垃圾回收可以有效的防止内存泄露,有效的使用空闲的内存

补充
1、内存泄漏 :是指程序在申请内存后,无法释放已申请的内存空间,一次内存泄漏不会有大的影响,但内存泄漏的后果就是内存溢出
2、内存溢出 :指程序申请内存时,没有足够的内存,或者说,给了你一块存储int类型数据的存储空间,但是你却存储long类型的数据,那么结果就是内存不够用,此时就会报错OOM,即所谓的内存溢出
内存泄漏和内存溢出的原因和解决办法

二,垃圾回收主要回收哪个内存区域

根据 JVM 的架构划分,我们知道, 在 Java 世界中,几乎所有的对象实例都在堆中存放,所以垃圾回收也主要是针对堆来进行的。
在这里插入图片描述

三,垃圾判断算法

垃圾判断算法主要分为两种:引用计数法,可达性分析法

1,引用计数法

给对象添加一个引用计数器,当对象增加一个引用时计数器加 1,引用失效时计数器减 1。引用计数为 0 的对象可被回收(Python 在用,但主流虚拟机没有使用)。
优点:快,方便,实现简单。
缺陷:对象相互引用时(A.instance=B 同时 B.instance=A),很难判断对象是否该回收。

2,可达性分析法

来判定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“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(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
作为 GC Roots 的对象包括下面几种:

  • 当前虚拟机栈中局部变量表中的引用的对象
  • 方法区中类静态属性引用的对象
  • 方法区中的常量引用的对象

四,垃圾回收算法

1,标记-清除算法

首先标记所有需要回收的对象,然后统一回收被标记的对象。
优点

  • 利用率100%

缺点

  • 标记和清除效率都不高(对比复制算法)
  • 会产生大量不连续的内存碎片

2, 标记-整理算法

首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后,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,然后直接清理掉端,边界以外的内存。
优点

  • 利用率100%
  • 没有内存碎片

缺点

  • 标记和清除效率都不高(对比复制算法及标记清楚算法)。

3, 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。当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上面,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,只要按顺序分配内存即可
优点

  • 简单高效,不会出现内存碎片

缺点

  • (1)内存利用率低
  • (2)存活对象较多时效率明显降低,因为需要移动每个不可回收数据的内存实际位置

4,分代收集算法

总的来说,我们可以将对象分为两大类: 长工对象和短工对象。

长工对象: 生命周期长,存活时间长,经过多次gc()还存活的对象,比如成员变量指向的对象。
短工对象: 生命周期短,存活时间短,通常一次gc()就把它干掉了,比如局部变量指向的对象,在方法出栈就GG了。

那么,如果是针对长工对象的回收,因为存活的太多了,一次必然只能回收一点点,那么使用复制算法就行不通,存活那么多,等价于几乎需要全部复制;而且存活的多,意味着存活块占的比例大,那么就太浪费内存了;所以复制算法不适合;
那么如果用标记-整理呢,因为存活的很多,所以死的就少,标记整理是回收死对象,那么回收的就少,反而提高了效率,正适合!
同理,对于短工对象的回收,存活的少,死的多,那么用标记-整理,则要回收很多,不合适,那么用复制算法呢,因为存活的少,所以要复制的就少;而且存活块栈的比例小,也就不太浪费内存了,所以正适合复制算法。
基于此,我们就可以: 针对长工对象采用标记-整理算法,针对短工对象,采用复制算法,这就称为分代算法其中长工对象放置的地方称为老年代,短工对象放置的地方称为新生代,然后针对不同的代使用不同的回收算法。

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