jvm的垃圾回收算法
一、对象存活判断
判断对象是否存活一般有两种方式:
1.引用计数:每个对象有一个引用计数属性,新增一个引用时计数加1,引用释放时计数减1,计数为0时可以回收。此方法简单,无法解决对象相互循环引用的问题。
2.可达性分析(Reachability Analysis):从GC Roots开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链。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。不可达对象。
在Java语言中,GC Roots包括:
虚拟机栈中引用的对象。
方法区中类静态属性实体引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI引用的对象。
二、JVM的垃圾回收过程
首先从GC Roots开始进行可达性分析,判断哪些是不可达对象。
对于不可达对象,判断是否需要执行其finalize方法,如果对象没有覆盖finalize方法或已经执行过finalize方法则视为不需要执行,进行回收;如果需要,则把对象加入F-Queue队列。
对于F-Queue队列里的对象,稍后虚拟机会自动建立一个低优先级的线程去触发其finalize方法,但不会等待这个方法返回。
如果在finalize方法的执行过程中,对象重新被引用,那么进行第二次标记时将被移出F-Queue,在finalize方法执行完成后,对象仍然没有被引用,则进行回收。
对于被移出F-Queue的对象,如果它下一次面临回收时,将不会再执行其finalize方法。
finalize方法只执行一次。
三、垃圾收集算法
1、引用计数(reference counting)
原理:此对象有一个引用,则+1;删除一个引用,则-1。只用收集计数为0的对象。
缺点:无法处理循环引用的问题。如:对象A和B分别有字段b、a,令A.b=B和B.a=A,除此之外这2个对象再无任何引用,那实际上这2个对象已经不可能再被访问,但是引用计数算法却无法回收他们。
2、复制(copying)
原理:把内存空间划分为2个相等的区域,每次只使用一个区域。垃圾回收时,遍历当前使用区域,把正在使用的对象复制到另外一个区域。
优点:不会出现碎片问题。
缺点:1、暂停整个应用。2、需要2倍的内存空间。
3、标记-清扫(Mark-and-sweep)---sun前期版本就是用这个技术。
原理:对于“活”的对象,一定可以追溯到其存活在堆栈、静态存储区之中的引用。这个引用链条可能会穿过数个对象层次。第一阶段:从GC roots开始遍历所有的引用,对有活的对象进行标记。第二阶段:对堆进行遍历,把未标记的对象进行清除。这个解决了循环引用的问题。
缺点:1、暂停整个应用;2、会产生内存碎片。
4、标记-压缩(Mark-Compact)自适应
原理:第一阶段标记活的对象,第二阶段把为标记的对象压缩到堆的其中一块,按顺序放。
优点:1、避免标记扫描的碎片问题;2、避免停止复制的空间问题。
具体使用什么方法GC,Java虚拟机会进行监视,如果所有对象都很稳定,垃圾回收器的效率低的话,就切换到“标记-扫描”方式;同样,Java虚拟机会跟踪“标记-扫描”的效果,要是堆空间碎片出现很多碎片,就会切换回“停止-复制”模式。这就是自适应的技术。
5、分代(generational collecting)-----J2SE1.2以后使用此算法
原理:基于对象生命周期分析得出的垃圾回收算法。把对象分为年轻代、年老代、持久代,对不同的生命周期使用不同的算法(2-3方法中的一个即4自适应)进行回收。
6、自适应算法(Adaptive Collector)
在特定的情况下,一些垃圾收集算法会优于其它算法。基于Adaptive算法的垃圾收集器就是监控当前堆的使用情况,并将选择适当算法的垃圾收集器。
年轻代(young)
年轻代分三个区。一个Eden区,两个Survivor区。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时,还存活的对象将被复制到Survivor区(两个中的一个),当这个Survivor区满时,此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区,当第二个Survivor区也满了的时候,从第一个Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象,将被复制到tenured generation。需要注意,Survivor的两个区是对称的,没先后关系,所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来对象,和从前一个 Survivor复制过来的对象,而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且,Survivor区总有一个是空的。young generation的gc称为minor gc。经过数次minor gc,依旧存活的对象,将被移出young generation,移到tenured generation。
年老代(tenured)
存放从年轻代(young)复制过来的对象。生命周期较长的对象,归入到tenured generation。一般是经过多次minor gc,还依旧存活的对象,将移入到tenured generation。(当然,在minor gc中如果存活的对象的超过survivor的容量,放不下的对象会直接移入到tenured generation)。tenured generation的gc称为major gc,就是通常说的full gc。
采用compaction算法。由于tenured generaion区域比较大,而且通常对象生命周期都比较长,compaction需要一定时间。所以这部分的gc时间比较长。
minor gc可能引发full gc。当eden+from space的空间大于tenured generation区的剩余空间时,会引发full gc。这是悲观算法,要确保eden+from space的对象如果都存活,必须有足够的tenured generation空间存放这些对象。
持久代(perm)
用于存放静态文件,如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著的影响,但是有些应用可能动态生成或者调用一些class。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=N进行设置
该区域比较稳定,主要用于存放classloader信息,比如类信息和method信息。
对于spring hibernate这些需要动态类型支持的框架,这个区域需要足够的空间。(这部分空间应该存在于方法区而不是heap中)。
四、Minor collections和Major collections
Minor collection当young space被占满时执行。它比major collections快,因为minor collection仅仅检查major collection相应的一个子集对象。minor collection比major collection发生的频率高。
Major collection当tenured space被占满时执行。他会清理tenured和young。
Thinking in java给java gc取了一个罗嗦的称呼:“自适应、分代的、停止-复制、标记-扫描”式的垃圾回收器。
五、导致Gc的情况:
1、tenured被写满
2、perm被写满
3、System.gc()的显式调用。
4、上一次GC之后heap的各域分配策略动态变化。
六、GC运行的三种方式
在java5和java6中有4中垃圾回收的算法,有一种算法将不再支持,剩余的三种垃圾回收算法是:serial, throughput and concurrent low pause。
Stop the world(停止所有程序的方式):在这种方式运行的GC,在GC完成前,JVM中的所有程序都不允许运行。Serial collector此时做minor和major收集。Throughput collector此时做major collector。
Incremental(增量运行方式):目前没要Java GC算法支持这种运行方式。GC以这种方式运行时,GC允许程序做一小段时间的工作,然后做垃圾回收工作。
Concurrent(并行运行):Throughput collector此时做minor collect,Concurrent low pause collector此时做minor和major收集。在这种运行方式下,GC和程序并行的运行,因此程序仅仅被短暂的暂停。
七、关于finalize方法的问题
finalize方法使得GC过程做了更多的事情,增加的GC的负担。
如果某个对象的finalize方法运行时间过长,它会使得其他对象的finalize方法被延迟执行。
finalize方法中如果创建了strong reference引用了其他对象,这会阻止此对象被GC。
finalize方法有可能以不可确定的顺序执行(也就是说要在安全性要求严格的场景中尽量避免使用finalize方法)。
不确保finalize方法会被及时调用,也许程序都退出了,但是finalize方法还没被调用。
八、对象引用的类型
Reference(or named Strong Reference)( 强引用):普通类型的引用。
SoftReference( 软引用):被这种引用指向的对象,如果此对象没要再被其他Strong Reference引用的话,可能在任何时候被GC。虽然是可能在任何时候被GC,但是通常是在可用内存数比较低的时候,并且在程序抛出OutOfMemoryError之前才发生对此对象的GC。SoftReference通常被用作实现Cache的对象引用,如果这个对象被GC了,那么他可以在任何时候再重新被创建。另外,根据JDK文档中介绍,实际JVM的实现是鼓励不回收最近创建和最近使用的对象。SoftReference 类的一个典型用途就是用于内存敏感的高速缓存。
WeakReference(弱引用):如果一个被WeakReference引用的对象,当没要任何SoftReference和StrongReference引用时,立即会被GC。和SoftReference的区别是:WeakReference对象是被eagerly collected,即一旦没要任何SoftReference和StrongReference引用,立即被清楚;而只被SoftReference引用的对象,不回立即被清楚,只有当内存不够,即将发生OutOfMemoryError时才被清除,而且是先清除不常用的。SoftReference适合实现Cache用。WeakReference 类的一个典型用途就是规范化映射( canonicalized mapping )
PhantomReference(虚引用):当没有StrongReference,SoftReference和WeakReference引用时,随时可被GC。通常和ReferenceQueue联合使用,管理和清除与被引用对象(没有finalize方法)相关的本地资源。
本文章都是《深入理解java虚拟机》的内容
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