GC 算法

这里讨论的是oracle的Hotspot VM常见的垃圾回收算法。使用的搜索算法都是基于根搜索算法实现的

标记-清除算法(Mark-Sweep)

该算法分两步执行：

  1. 标记Mark：从GC ROOTS开始，遍历堆内存区域的所有根对象，对在引用链上的对象都进行标记。这样下来，如果是存活的对象就会被做了标记，反之如果是垃圾对象，则没做有标记。GC很容易根据有没有被做标记就完成了垃圾对象回收。
  2. 清除Sweep：遍历堆中的所有的对象（标记阶段遍历的是所有根节点），找到未被标记的��象，直接回收所占的内存，释放空间。

  • 优点

    • 没有产生额外的内存空间消耗，内存利用率高。

  • 缺点

    • 效率低，清除阶段要遍历所有的对象；回收的垃圾对象是在各个角落的，直接回收垃圾对象，导致存在不连续的内存空间，产生内存碎片。

标记-清除算法操作的对象是【垃圾对象】，对于活着的对象（被标记的对象），它则直接不理睬。

复制算法(Copying)

复制算法把内存区间一分为二，有对象存在的一半区间称为“活动区间”，没有对象存在处于空闲状态的空间则为“空闲区间”。

当内存空间不足时触发GC，先采用根搜索算法标记对象，然后把活着的对象全部复制到另一半空闲区间上，复制算法的“复制”就来自这一操作。复制到另一半区间的时候，严格按照内存地址依次排列要存放的对象，然后一次性回收垃圾对象。

这样原来的空闲区间在GC后就变成活动区间，而且内存顺序齐整美观。原来的活动区间在GC后就变成了完全空的空闲区间，等待下一次GC把活的对象被copy进来。

  • 优点

    • GC后的内存齐整，不产生内存碎片

  • 缺点

    • GC要使用两倍的内存，或者说导致堆只能使用被分配到的内存的一半,这个算法对空间要求太高！如果存活的对象较多，则意味着要复制很多对象并且要维护大量对象的内存地址，所以存活的对象数量不能太多，否则效率也会很低。

复制算法复制移动的对象是【活着的对象】，对于垃圾对象（不被标记的对象）则直接回收。



标记-整理算法（Mark-Compact）

这个算法则是对上面两个算法的综合结果。也分为两个阶段：

  1. 标记：这个阶段和标记-清除Mark-Sweep算法一样，遍历GC ROOTS并标记存活的对象。
  2. 整理：移动所有活着的对象到内存区域的一侧（具体在哪一侧则由GC实现），严格按照内存地址次序依次排列活着的对象，然后将最后一个活着的对象地址以后的空间全部回收。

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优点

  • 内存空间利用率高，消除了复制算法内存减半的情况；GC后不会产生内存碎片。

  • 缺点

    • 需要遍历标记活着的对象，效率较低；复制移动对象后，还要维护这些活着对象的引用地址列表。



分代回收算法(Generational Collecting)

分代回收算法就是现在JVM使用的GC回收算法。

简要说明

  1. 先来看看简单化后的堆的内存结构
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Java堆 = 年老代 + 年轻代
(空间大小比例一般是3:1)

年轻代 = Eden区 + From Space区 + To Space区
(空间大小比例一般是8:1:1)
  1. 按照对象存活时间长短，我们可以把对象简单分为三类：
  • 短命对象：存活时间较短的对象，如中间变量对象、临时对象、循环体创建的对象等。这也是产生最多数量的对象，GC回收的关注重点。
  • 长命对象：存活时间较长的对象，如单例模式产生的单例对象、数据库连接对象、缓存对象等。
  • 长生对象：一旦创建则一直存活，几乎不死的对象。
  1. 对象分配区域
  • 短命对象存在于年轻代
  • 长命对象存在于年老代
  • 长生对象则存在于方法区中。

由于GC的主要内存区域是堆所以GC的对象主要就是短命对象和长命对象这类寿命“有限”的对象。

分代回收的GC类型

针对HotSpot VM的的GC其实准确分类只有两大种

  1. Partial GC：部分回收模式
  • Young GC：只收集young gen的GC。和Minor GC一样。
  • Old GC：只收集old gen的GC。只有CMS的concurrent - collection是这个模式
  • Mixed GC：收集整个young gen以及部分old gen的GC。只有G1有这个模式
  1. Full GC：收集整个堆，包括young gen、old gen，还有永久代perm gen（如果存在的话）等所有部分的模式。同Major GC

触发时机

HotSpot VM的串行GC的触发条件是：

  • young GC：当young gen中的eden区分配满的时候触发。

  • full GC：

    • 当准备要触发一次young GC时，如果发现统计数据说之前young GC的平均晋升大小比目前old gen剩余的空间大，则不会触发young GC而是转为触发full GC；
    • 或者，如果有perm gen的话，要在perm gen分配空间但已经没有足够空间时，也要触发一次full GC；
    • 或者System.gc()、heap dump带GC，默认也是触发full GC。

并发GC的触发条件就不太一样。

  • 以CMS GC为例，它主要是定时去检查old gen的使用量，当使用量超过了触发比例就会启动一次CMS GC，对old gen做并发收集。