GC 垃圾回收机制

2023-11-04

描述一下 GC 的原理和回收策略?

提到垃圾回收,我们可以先思考一下,如果我们去做垃圾回收需要解决哪些问题?

一般说来,我们要解决三个问题:

  1. 回收哪些内存?
  2. 什么时候回收?
  3. 如何回收?

这些问题分别对应着引用管理和回收策略等方案。

Java 中有四种引用类型:

  • 强引用:只要强引用还存在,垃圾收集器就不会回收掉被引用的对象。
  • 软引用:SoftReference,用来描述还有用但是非必须的对象,当内存不足的时候会回收这类对象。
  • 弱引用:WeakReference,用来描述非必须对象,弱引用的对象只能生存到下一次 GC 发生时,当 GC 发生时,无论内存是否足够,都会回收该对象。
  • 虚引用:PhantomReference,一个对象是否有虚引用的存在,完全不会对其生存时间产生影响,也无法通过虚引用取得一个对象的引用,它存在的唯一目的是在这个对象被回收时可以收到一个系统通知。

GC 如何判断对象的存活

引用计数算法

引用计数法:快,方便,实现简单,缺点:对象相互引用时,很难判断对象是否该回收

可达性分析

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(不可达),则证明此对象是不可用的(回收)。
作为GC Roots的对象包括下面几种:

  • 方法区:类静态属性引用的对象。
  • 方法区:常量引用的对象。
  • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。
  • Native 方法引用的对象。

虚拟机栈:

非静态方法在运行期间属于可达(不可回收),方法运行完会回收掉(不可达)

image

image

新生代

所有新生成的对象首先都是放在新生代的。新生代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。

新时代又分3个部分:8:1:1

eden
from
to

为什么新生代3个区的比例是8:1:1

采用复制回收算法(2个区)90%的对象不需要主动回收 ==10%的对象空间担保。

老年代

大对象直接进入老年代。如很长的字符串以及数组。很长的字符串以及数组。长期存活的对象将进入老年代。当对象在新生代中经历过一定次数(默认为15)的 Minor GC 后,就会被晋升到老年代中。因
此,可以认为老年代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

回收算法

标记-清除

  • 利用率百分之百
  • 不需要内存复制
  • 有内存碎片

标记-清除算法采用从根集合进行扫描,对存活的对象进行标记,标记完毕后,
再扫描整个空间中未被标记的对象,进行回收。标记-清除算法不需要进行对象
的移动,并且仅对不存活的对象进行处理,在存活对象比较多的情况下极为高效,
但由于标记-清除算法直接回收不存活的对象,因此会造成内存碎片。

标记-整理

  • 利用率百分之百
  • 没有内存碎片
  • 需要内存复制

标记-整理算法采用标记-清除算法一样的方式进行对象的标记,但在清除时不
同,在回收不存活的对象占用的空间后,会将所有的存活对象往左端空闲空间移
动,并更新对应的指针。标记-整理算法是在标记-清除算法的基础上,又进行了
对象的移动,因此成本更高,但是却解决了内存碎片的问题。该垃圾回收算法适
用于对象存活率高的场景(老年代)。

复制

  • 实现简单、运行高效
  • 内存复制、没有内存碎片
  • 利用率只有一半

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。这种算法适用于对象存活率低的场景,比如新生
代。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。

新生代对象存活率低,就
采用复制算法
老年代存活率高,就用标记清除算法或者标记整理算法。Java

堆内存分配策略

- 对象优先在 Eden 分配

Eden 内存空间不足,就会发生 Minor GC

- 大对象直接进入老年代

大对象:需要大量连续内存空间的java 对象,比如很长的字符串和大型数组,

  1. 导致内存有空间,还是需要提前进行垃圾回收获取连续空间来放它们;
  2. 会进行大量的内存复制;

- 长期存活的对象将进入老年代

当对象在新生代中经历过一定次数(默认为15)的 Minor GC 后

- 动态对象年龄判定

为了能更好地适应不同程序的内存状况,虚拟机并不是永远地要求对象的年龄必须达到了MaxTenuringThreshold(Gc 15次以上)才能晋升老年代,如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半,年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代,无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄

- 空间分配担保

新生代中有大量的对象存活,survivor空间不够,当出现大量对象在MinorGC后仍然存活的情况(最极端的情况就是内存回收后新生代中所有对象都存活),就需要老年代进行分配担保,把Survivor无法容纳的对象直接进入老年代.只要老年代的连续空间大于新生代对象的总大小或者历次晋升的平均大小,就进行Minor GC,否则FullGC。

GC 的触发条件,空间不够了

新生代:Minor GC
老年代:Full GC

垃圾收集器

image

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