原文地址http://blog.csdn.net/zhshulin/article/details/50583724
java中將內(nèi)存的控制交給JVM來(lái)實(shí)現(xiàn)，方便了JAVA程序猿，當(dāng)然犧牲了一部分效率，不過(guò)總體來(lái)看是值得的。那么JVM中是如何設(shè)計(jì)GC的呢，本文從幾個(gè)問(wèn)題入手，然后分析了一下設(shè)計(jì)思路，如果有理解錯(cuò)誤的地方，請(qǐng)批評(píng)指正！主要參考了《深入理解JAVA虛擬機(jī)》這本書(shū)，圖是盜來(lái)的，圖的內(nèi)容和書(shū)上一樣。
在JVM的內(nèi)存模型中，堆內(nèi)存是JAVA內(nèi)存區(qū)域中最大的一部分，GC主要就是發(fā)生在堆中，用來(lái)回收那些無(wú)用的對(duì)象。這樣直接就引申出了第一個(gè)問(wèn)題：什么樣的對(duì)象需要被回收？判斷條件是什么？如何判斷？
先談?wù)勈裁磳?duì)象需要被回收，OK，我們自己想一想，肯定是沒(méi)用的對(duì)象需要被回收，對(duì)吧？那么如何判斷哪些對(duì)象還有用，哪些沒(méi)用了呢？一個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建，如果被引用了，那這個(gè)對(duì)象肯定是有用的對(duì)吧，如果引用全失效了，那就是沒(méi)用的對(duì)象了，需要被回收?；谶@個(gè)思想，引用計(jì)數(shù)法誕生了。引用計(jì)數(shù)算法：這個(gè)非常容易理解，給每個(gè)對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，對(duì)象每被引用一次，引用計(jì)數(shù)器就+1，引用失效時(shí)就-1。那么判斷一個(gè)對(duì)象是否有用的條件就變成了對(duì)這個(gè)計(jì)數(shù)器值得判斷了，如果為0，那么被回收，如果為>0，那么保留。但是這種方式會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，就是對(duì)象之間的循環(huán)引用無(wú)法被識(shí)別，即使這兩個(gè)對(duì)象不能被訪問(wèn)，但是它們之間互相引用著對(duì)方，故而計(jì)數(shù)器肯定>0，那么就不能被回收。JVM中并沒(méi)有使用引用計(jì)數(shù)算法，而是使用了根搜索算法。根搜索算法：這個(gè)算法也不難理解，通過(guò)條件，選擇一系列的對(duì)象成為“GC Roots"對(duì)象，然后將”GC Roots"對(duì)象作為起始點(diǎn)開(kāi)始向下搜索，搜索所有走過(guò)的路徑成為“引用鏈”。在這個(gè)引用鏈上的對(duì)象就保留，而如果一個(gè)或多個(gè)互相引用的對(duì)象不在這個(gè)引用鏈上，或者說(shuō)對(duì)象到“GC Roots"不可達(dá)，那么這些就是無(wú)用的對(duì)象，都需要被回收。
注：Java語(yǔ)言中，可作為GC Roots的對(duì)象包括下面幾種：
1) 虛擬機(jī)棧(棧幀中的本地變量表)中引用的對(duì)象
2) 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
3) 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象
4) 本地方法棧中JNI(即一般說(shuō)的Native方法)引用的對(duì)象
既然根搜索算法需要考慮到對(duì)象之間的引用，那么就要說(shuō)一下JAVA中對(duì)象的引用類型了：從JDK1.2之后，Java對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為強(qiáng)引用，軟引用，弱引用，虛引用，這四種引用的強(qiáng)度依次減弱
1) 強(qiáng)引用就是指在程序代碼之中普遍存在的，類似 “Object obj = new Object()” 這類的引用，只要強(qiáng)引用還存在，垃圾回收器永遠(yuǎn)不會(huì)回收被引用的對(duì)象。我們也正是利用這個(gè)原理來(lái)重現(xiàn)了OOM異常。
2) 軟引用（SoftReference類）是用來(lái)描述一些還有用但并非需要的對(duì)象，對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)著的對(duì)象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存異常之前，將會(huì)把這些對(duì)象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收，如果這次回收還沒(méi)有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出內(nèi)存異常
3) 弱引用（WeakReference類）也是用來(lái)描述非必需對(duì)象的，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次GC發(fā)生之前，當(dāng)垃圾收集器工作時(shí)，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存釋放足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象
4) 虛引用（PhantomReference類）也稱為幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關(guān)系，一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響，也無(wú)法通過(guò)虛引用來(lái)取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例，對(duì)一個(gè)對(duì)象設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的就是能在這個(gè)對(duì)象被收集器回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知
那么上述內(nèi)容看完之后想必都知道了什么樣的對(duì)象會(huì)被GC了吧，那么JVM又是通過(guò)什么方式來(lái)回收這些內(nèi)存的呢？下面就需要了解一下垃圾的回收算法了。
標(biāo)記-清除算法 試著想一想，如果要你要設(shè)計(jì)一個(gè)算法清除滿足收集條件的對(duì)象來(lái)釋放內(nèi)存的時(shí)候你該怎么做呢？最簡(jiǎn)單的是不是就是把需要回收的對(duì)象標(biāo)記一下，然后直接全部回收就行了？照著這個(gè)思路就是”標(biāo)記-清除算法”的思想了，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收掉所有被標(biāo)記的對(duì)象。想法很簡(jiǎn)單，實(shí)際也就是這么做的。但是呢，這種方式是不是最好的？有什么缺陷？ 想到這里，就需要分析一下了。一個(gè)個(gè)的標(biāo)記然后清除，效率高嗎？當(dāng)然不?？纯聪聢D的標(biāo)記-清除算法的示意圖，可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)記-清除之后會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片，如果碎片太多，當(dāng)程序運(yùn)行沒(méi)有足夠連續(xù)的內(nèi)存空間來(lái)存放大對(duì)象的時(shí)候，就會(huì)不得不提前觸發(fā)一次GC。概括來(lái)說(shuō)就是有兩個(gè)缺點(diǎn)：效率不高；內(nèi)存碎片可能導(dǎo)致提前發(fā)生GC。 學(xué)習(xí)算法的童鞋應(yīng)該都很清楚，效率是很重要的，有時(shí)候需要使用空間來(lái)?yè)Q時(shí)間提高效率，那么就需要了解一下第二種回收算法了——復(fù)制算法。
復(fù)制算法 復(fù)制算法呢？它的思想就是空間換時(shí)間，將內(nèi)存容量劃分成相等的兩塊，當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活的內(nèi)存復(fù)制到另一塊上，然后再把使用過(guò)的內(nèi)存空間一次性清理干凈。這樣每次都是對(duì)其中的一塊的內(nèi)存進(jìn)行回收，也就不需要考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況了，只需要移動(dòng)堆頂指針，然后按照順序分配即可，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效。但是缺點(diǎn)也很明顯：內(nèi)存變成一半了.......下圖就是復(fù)制算法的示意圖：
我們知道，在JVM中堆內(nèi)存的新生代(new )中的對(duì)象存活率較低，采用復(fù)制算法每次需要復(fù)制的對(duì)象也不是很多，效率較高，空間換時(shí)間值得的?，F(xiàn)在的商業(yè)虛擬機(jī)都是采用復(fù)制算法來(lái)回收新生代，IBM的專門(mén)研究表明：新生代中對(duì)象98%是朝生夕死，所以并不需要按照1:1的比例來(lái)劃分空間來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)制算法，而是將內(nèi)存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden空間和其中一個(gè)Survivor空間。當(dāng)發(fā)生GC的時(shí)候，將Eden空間和Survivor空間中還存活的對(duì)象拷貝到另一個(gè)沒(méi)使用的Survivor空間中，然后再清理掉Eden和剛剛使用的Survivor空間。Hotspot虛擬機(jī)默認(rèn)Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是新生代每次可以使用的內(nèi)存空間是整個(gè)新生代的90%，只有10%的空間會(huì)被浪費(fèi)。 OK，通過(guò)上述的分析，我們知道了在JVM中對(duì)于新生帶的垃圾回收使用的復(fù)制算法（此時(shí)發(fā)生的GC成為young gc），效率高，我們也就只犧牲了10%的內(nèi)存空間，挺不錯(cuò)的。請(qǐng)注意這里提到的young gc，后面會(huì)提到full gc。但是雖然IBM研究表明一般情況下有98%的對(duì)象是朝生夕死，需要回收的，但是不能保證每次回收的時(shí)候?qū)ο蟮拇婊盥识嫉陀?0%啊，是不是？一旦超過(guò)了10%，那么空閑的survivor空間就不夠用了，此時(shí)就必須依賴?yán)夏甏目臻g來(lái)進(jìn)行分配擔(dān)保（就相當(dāng)于A找B借錢(qián)，C替A做擔(dān)保，保證如果A換不起就自己來(lái)還，C就是擔(dān)保人，映射到內(nèi)存中老年代所占內(nèi)存就是擔(dān)保人）。如果空閑的Survivor空間無(wú)法存放上次GC之后的存活對(duì)象，那么這些對(duì)象就會(huì)通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制進(jìn)入老年代。 老年代呢，里面保存的都是生存周期較長(zhǎng)的對(duì)象（老年代里面的對(duì)象都是經(jīng)過(guò)了新生代，然后多次存活下來(lái)的對(duì)象），而復(fù)制算法在應(yīng)對(duì)這種存活率極高的內(nèi)存區(qū)域的對(duì)象回收時(shí)，需要執(zhí)行較多的復(fù)制操作，效率將會(huì)變低。關(guān)鍵的還是如果不想浪費(fèi)50%的空間，那么就需要分配擔(dān)保機(jī)制（參考新生代的設(shè)計(jì)），但是并沒(méi)有額外的空間來(lái)?yè)?dān)保了。所以對(duì)于老年代的特性，有人提出了一種“標(biāo)記-整理算法”，看到這里肯定就想到了前面提到的“標(biāo)記-清除算法“了，OK，這兩個(gè)算法標(biāo)記的過(guò)程都是一樣的，就在于”標(biāo)記-整理算法”不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存，示意圖如下圖所示。 很明顯，這種”標(biāo)記-整理算法“的效率不高，所以如果老年代發(fā)生GC，那么效率也就不高了，并且一旦老年代發(fā)生GC，那么發(fā)生的必然是Full GC ,Full GC 會(huì)同時(shí)對(duì)老年代和新生代進(jìn)行GC操作，順便也會(huì)回收一下perm gen中的內(nèi)存，所以相比較young gc來(lái)說(shuō)很慢，我們?cè)贘VM調(diào)優(yōu)的時(shí)候需要避免JVM頻繁發(fā)生full gc。full gc的速度比young gc要慢10倍。
分代收集算法 通過(guò)上述的分析呢，就知道了對(duì)于堆中的新生代和老年代會(huì)采用不同的垃圾回收算法來(lái)回收“死亡”的對(duì)象，這種分代回收對(duì)象的方法稱為“分代收集算法”。這個(gè)分代收集算法根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用適當(dāng)?shù)氖占惴āＴ谛律?，每次GC的時(shí)候都發(fā)現(xiàn)大批的對(duì)象死去，只有少量存活，自然選用復(fù)制算法；而對(duì)于老年代這種存活率高、沒(méi)有額外擔(dān)?？臻g的，就必須使用“標(biāo)記-清除算法”或者“標(biāo)記-整理算法“了。 GC設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)就是這些了，其實(shí)原理還是比較容易理解的。GC的具體實(shí)現(xiàn)就是垃圾收集器，目前尚沒(méi)有一個(gè)垃圾收集器是完美的，需要配合使用。下面插上一副堆內(nèi)存劃分圖。注：本文寫(xiě)的比較片面，如果想更深入了解，推薦這篇博文：http://jbutton.iteye.com/blog/1569746
新聞熱點(diǎn)
疑難解答
圖片精選
網(wǎng)友關(guān)注
