Java GC杂谈之对象的可达分析与回收算法

来源:互联网 发布:申请淘宝达人的条件 编辑:程序博客网 时间:2024/06/09 17:50

接触过Java编程的会知道Java有一个垃圾回收器(GC)的东西。GC是用来回收再内存中不可达的对象,清理出更多内存空间交由程序使用。下面,就来学习了解一下Java GC。本博客涉及到GC的内容如下:

参考文章:
http://blog.csdn.net/jiangwei0910410003/article/details/40709457
《深入理解Java虚拟机》

  • 如何判断对象是否可达
    • 引用计数法
    • 可达性分析算法

  • 垃圾回收算法
    • 标记-清除算法
    • 复制算法
    • 标记-整理算法
    • 分代收集算法

  • 内存分配与回收策略

GC是用来回收内存垃圾的,那么,内存垃圾(Java)怎么定义呢?

所谓“垃圾”,就是指所有不再存活的对象。常见的判断是否存活有两种方法:引用计数法和可达性分析。

什么是引用计数法呢?它有什么缺点吗?

引用计数法实现基本原理:为每一个创建的对象分配一个引用计数器,用来存储该对象被引用的数量。当引用数量是0时,则该对象就时不可达对象,GC可以回收掉这些引用计数为0的对象

引用计数法判断对象是否有一个缺点:无法解决对象的循环引用问题。给大家举个例子:
对象A<——–>对象B
对象A引用对象B,那么对象B中的引用计数器数量至少包含对象A对它的引用,对象B也引用了对象A,那么对象A的引用计数器数量至少包含B对它的引用的。那么对象A,B各自的引用计数器都不会为0,所以对象A/B永远都不会被回收。

那么,可达性分析法又是如何分析对象的可达性的呢?它与引用计数法相比有什么优缺点?
可达性分析通过一系列的称谓“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索所有走过的路径为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链项链时,则证明此对象时不可用的。
那么,可作为GC Roots有哪些呢?
可作为GC Roots的对象包括下面几种:
(1) 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
(2) 方法区中类静态属性引用的对象
(3) 方法区中常量引用的对象
(4) 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象

Java虚拟机使用的是可达性分析法来定位可达对象的。说到分析可达算法,Java在定位对象的时候,哪些对象是关联到GC Roots的呢?不同类型对象又是怎么样的呢?

Java把引用分为强引用,软引用,弱引用,虚引用,这四种引用的强度一次逐渐减弱
强引用:只要强引用在,对象一直关联着GC Roots
弱引用:在第一次GC出现,那么就脱离GC Roots,成为不可达对象,等待下次GC回收
软引用:永远都没有关联到GC Roots,GC随时可以回收
虚引用:形同虚设,随时都会被回收

1) 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,垃圾回收器永远不会回收掉被引用的对象;
2) 软引用
是用来描述一些还有用但并非需要的对象,对于软引用关联着的对象,在系统将要发生内存异常之前,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,才会抛出内存异常;
3)弱引用
弱引用也是用来描述非必需对象的,但是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岛下一次垃圾收集发生之前,当垃圾收集器工作时,无论当前内存释放足够,都会回收掉只被弱引用关联的对象;
4) 虚引用
虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用,它是最弱的一种引用关系,一个对象是否有虚引用的存在,完全不会对其生存时间构成影响,也无法通过虚引用来取得一个对象实例,对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。

定位到可达对象后,基于采取一定措施来回收垃圾对象:

一)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掉所有被标记的对象,它的标记过程其实在前一节讲述对象标记判定时已经基本介绍过了。之所以说它是最基础的收集算法,是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而得到的。它的主要缺点有两个:一个是效率问题,标记和清除过程的效率都不高;另外一个是空间问题,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,当程序在以后的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。

二)复制算法
为了解决效率问题,一种称为“复制”(Copying)的收集算法出现了,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其中的一块进行内存回收,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。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半,未免太高了一点。

三)标记-整理算法
复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作,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。
根据老年代的特点,有人提出了另外一种“标记-整理”(Mark-Compact)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

四)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”(Generational Collection)算法,这种算法并没有什么新的思想,只是根据对象的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“标记-整理”算法来进行回收

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