JVM垃圾回收机制(GC)_jvm内存回收机制

目录

1.什么是垃圾回收

2.GC对于虚拟机各块的影响

3.垃圾回收具体是怎么展开的

3.1引入计数

3.2可达性分析(JVM使用的就是这种方法)

3.2.1.标记清除

3.2.2.复制算法

3.3.3标记整理

3.3分代回收

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1.什么是垃圾回收

       在C语言等编程语言中,采用的是动态内存管理,我们使用malloc申请内存,free释放内存,在malloc这种方式申请到的内存是伴随整个进程的生命周期的,这一点对于服务器非常不友好,因为服务器每个请求都去malloc一块内存,如果不去free释放,在内存越来越多的时候,后续内存可能就申请不到了,因为被申请完了. 这就是著名的内存泄漏问题,实际开发中,经常在使用maclloc申请内存后,忘记使用free释放内存了,或者因为某些情况没有执行到free函数.这其实对于开发工作来说很不友好,Java 为了解决这种问题,引入了垃圾回收机制,引入这种机制以后,就不需要手动去释放内存了,程序会自动判定,某个内存是否会继续使用,如果后续不用了,就会被自动释放掉,在Java中释放的就是对象.

2.GC对于虚拟机各块的影响

  JVM中有好几块内存,那么GC这种机制对于各个部分有什么影响呢?

1.程序计数器(不需要GC)

2.栈(也不需要GC) 局部变量在代码块执行结束以后自动销毁了 栈自己的特点就是这样,所以不需要GC

3.元数据区(方法区)一般都是涉及到类加载,很少涉及到类卸载

4.堆是GC的主要战场(对象的释放)

3.垃圾回收具体是怎么展开的

1.识别出垃圾,判断这个对象后续是否还要继续使用,在Java中使用对象,一定需要通过引用的方式来使用(除了匿名对象)

如果一个对象没有任何引用指向它,就视为是无法被代码使用,就可以视为垃圾了

如: 

void func(){
    Test() = new Test();
    t.start();
}

此时通过new Test就是是堆上创建了对象,当代码执行到 } 的时候,此后的局部变量就直接被释放掉了,此时如果更进一步的去想,上述 new Test()对象,也就是没有引用指向它了,  此时这个对象没有被这些代码访问到,这个对象就是垃圾了. 如果代码更加复杂一些,这个判断就会更复杂了.

3.1引入计数

这种思想方法,并没有在JVM中使用,但是广泛应用在其它主流语言的垃圾回收机制中,如python php等,即给每个对象分配一个额外的空间,这个空间保存这个对象的引用个数有多少个.

 此时的垃圾回收机制,会有专门的扫描线程,去获取到当前每个对象的引用计数情况,发现对象的引用计数为0,说明这个对象就可以释放了(就是垃圾了)

引用计数是一个简单有效的机制,但是有两个关键的问题.

问题1:消耗额外的内存空间,要给每个对象安排一个计数器,即使一个计数器只有两个字节来算,如歌整个程序中的对象数目很多,消耗的额外空间也会非常多,尤其是当这个对象的体积比较小的时候,计数器消耗的空间占比就更大了.

问题2 引用计数可能会产生循环引用的问题,此时 引用计数就可能无法正确工作了.

class Test(){
  Test t;
}
Test a = new Test();
Test b = new Test();
 a.t = b;
 b.t = a;
 a = null;
 b = null;
//上述的代码出现了问题就是,上述的两个对象 引用计数都不是0.不能被GC挥手,但是这两个对象又无法使用/

3.2可达性分析(JVM使用的就是这种方法)

本质上是以时间换取空间,相比于计数,需要消耗额外的时间去扫描,但是总体来说是可控的.不会产生"循环引用''这种问题,

在写代码的时候,会定义很多的变量.比如,栈上的局部变量.方法区的静态类型的变量/常量池中引用的对象

就可以以这些变量为起点,出发去尝试遍历,所谓的便利就是,会沿着这些变量中持有的引用类型的成员,再进一步的往下进行访问

所有能被访问到的对象自然就不是垃圾了,剩下的遍历一圈也访问不到的对象,自然就是垃圾.

比如有以下代码,我们手动定义一颗二叉树:

class Node{
 char var ;
 Node left;
 Node right;
}
Node bulidTree{
Node a = new Node();
Node b = new Node();
Node c = new Node();
Node d = new Node();
Node e = new Node();
Node f = new Node();
Node g = new Node();
a.left = b;
a.right = c;
b.left = d;
b.right = e;
e.left = g;
c.right = f;
return a;
}

虽然这个代码,只有一个root这样的引用,但是实际上,上述七个节点都是可达的.

如果代码中出现 root.right = null 的时候,此时c就不可达了,此时c和f都会被释放掉.被视为垃圾

(2)把标记为垃圾的对象的内存空间进行释放.

具体怎么释放 还有说法,一般有三种方法 我们先简单的说一下前两种方法

3.2.1.标记清除

把标记为垃圾的对象直接释放掉, 这种方法过于简单粗暴,比如把下图黑色的视作垃圾对象,全部释放掉

会引起内存碎片问题,上述释放方式,会产生很多小的 但是离散的空间内存空间 

3.2.2.复制算法

 不直接释放内存,而是把不是垃圾的对象放到内存的另一半,接下来把左侧的全部释放掉.

虽然可以规避内存碎片问题 但是也会产生新的问题

(1) 总的可用空间变少

(2) 如果每次需要赋值的对象很多,这时候赋值所需要的开销也很大了,需要的是这一轮GC过程中,大部分对象都释放,少部分存活,这个时候适合复制.

3.3.3标记整理

类似于顺序表删除元素的操作,每次把存活的对象搬到前面的剩余空间去,但是这样也会有很大的开销

JVM使用的方法 取长补短, 称为分代回收

3.3分代回收

引入一个概念,对象的年龄

JVM中有专门的线程负责周期性的扫描(释放) 一个对象如果被线程扫描了一次,可达了(不是垃圾)就把它的年龄+1

JVM就会根据年龄的差异,把整个堆内存分为两大部分  新生代(年龄小的对象),老年代(年龄大的对象),在这中间还有一个生存区/幸存区

我们来详细的介绍一下这个过程

1.当代码new出来一个新的对象的时,就创建在伊甸区, (一个经验规律,大部分对象都活不过第一轮GC)

2.第一轮扫描以后,少数存活的对象,会通过复制算法,到生存区,后续的GC还会进行扫描,不仅要扫描伊甸区也要扫描生存区.只要这个对象继续在生存区存活,就会被复制算法拷贝到另一半的生存区,每一次扫描,对象的年龄都+1

3.如果这个对象在生存区经历了若干轮GC还在,那么就会被任务这个对象的生命周期大概率很长,就把这个对象从生存区,拷贝到老年代.

4.老年代的对象,也会被GC扫描,但是被扫描的频率会大大降低

5.对象在老年代寿终正寝,此时JVM就会按照标记整理的方式,释放内存