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常见的垃圾回收机制

开发技术 开发技术 2022-10-01 次浏览

如何工作

在某些 Java 虚拟机中,堆的实现截然不同:它更像一个传送带,每分配一个新对象,它就向前移动一格。

这意味着对象存储空间的分配速度特别快。Java 的"堆指针"只是简单地移动到尚未分配的区域,所以它的效率与 C++ 在栈上分配空间的效率相当

垃圾回收器工作时,一边回收内存,一边使堆中的对象紧凑排列,这样堆指针就可以更容易的移动到空闲区域的位置上

垃圾收集器在分配存储空间的同时会将对象重新排列,由此实现一个高速的、有无限空闲空间的堆模型。

  1. 对象可能不被垃圾回收
  2. 垃圾回收不等于析构
  3. 垃圾回收只与内存有关
    • 无论是“垃圾回收”还是“终结” ,都不一定保证会发生;
    • 如果java虚拟机(JVM)并未面临内存耗尽的情况,它可能不会浪费时间执行垃圾回收以恢复内存

finalize()方法 (有个大概印象即可)

finalize()方法

需要使用finalize()的特殊情况:你创建的对象不是通过new来分配内存的,而垃圾回收器只知道如何释放用new创建的对象内存。java允许在类中定义一个名为finalize()的方法(继承与Object)来处理这种情况

finalize()方法 的使用案例

释放 通过某种创建对象方式之外的方式 为对象分配的存储空间

解释:上边的情况 主要发生在使用本地方法的情况下,本地方法主要支持C/C++,这也许会调用C的malloc()函数来分配空间,这时,如果没用调用free()方法主动释放malloc到的空间,就会造成内存泄漏,所以需要在finalize()方法中调用free

终结条件

安全的标记对象是否可以被终结,例如下例 要销毁未被登记的Book对象时,报错

System.gc();强制终结

class Book{
    boolean checkedOut = false;

    public Book(boolean checkOut) {
        this.checkedOut = checkOut;
    }

    void checkIn(){
        this.checkedOut = false;
    }

    @Override
    protected void finalize()throws Throwable{
        //只有登记过的 才能被删除 这就可以作为终结的条件
        if(checkedOut){
            System.out.println("ERROR: checked out");
        }
        // Normally, you'll also do this: 
        // super.finalize(); // Call the base-class version
    }
}

public class JavaTest{
    @Test
    public void test8() throws InterruptedException {
        Book book = new Book(true);
        book.checkIn();

        new Book(true);

        System.gc();

        Thread.sleep(1000);
    }

}

垃圾回收机制

引用计数

原理:每个对象中都有一个引用计数器,每当有引用指向该对象时,引用计数器+1;当引用离开作用域或是被置为null时,引用计数器-1;如果发现某个对象的引用计数为0时,就释放其空间(引用计数器模式经常会在计数器为0时立即释放对象)

特点

  1. 简单

  2. 速度慢(开销不大,但在整个生命周期频繁发生的负担

    在每次内存对象被引用或引用被销毁的时候都必须修改引用计数,这类操作被称为footprint。引用计数的footprint是很高的。这使得程序整体的性能受到比较大的影响

  3. 出现循环引用时会出问题(应该被回收,但没有)

  4. .btw:"引用计数通常用于解释垃圾收集的工作方式,但它似乎并没有出现在任何JVM实现中"

更快的策略依据

对于任何没有被废弃的对象,最终都能追溯到它存活在静态存储区中的引用

因此,如果从栈和静态存储区开始遍历所有引用(包括对象内部的),就能找到所有存活的对象

匿名对象的相关思考:我们通常将匿名对象作为方法参数传递,func(new B()),在该方法中,B对象被关联了引用

所以,遍历所有的引用即可得到所有“活”的对象,然后再去遍历这些对象中的引用,如此反复,就能得到一个对象网络,其中的对象就都是 活 的;

循环引用示例
class A{
  public B b;
}
class B{
  public A a;
}
public class Main{
    public static void main(String[] args){
    A a = new A();	// A对象被引用 A对象计数器+1
    B b = new B();	// B对象被引用 B对象计数器+1
    a.b=b;			// B对象被引用 B对象计数器+1
    b.a=a;			// A对象被引用 A对象计数器+1
    }
}

上例 当栈上的引用遍历到a,发现a对象中有个B对象的引用,指向b,这个b引用中又有个A的引用 又指向a 如此循环 根本找不到活的对象

这样也解决了循环引用问题,循环引用的对象不会被发现

停止-复制(stop-and-copy)

原理先暂停程序的运行,然后将所有存活的对象从当前堆复制到另一个堆,没有被复制的就是需要垃圾回收的,而且,当对象被复制到新堆后,他们紧凑排列的,一个挨着一个

特点

  1. 解决了循环引用的问题(循环引用的对象不会被发现)
  2. 非后台回收模式(需要在程序暂停的情况下进行)
  3. 相对较快
  4. 效率低下
    • 得有两个堆:还得在这两个分离的堆之间来回折腾,得维护比实际多一倍的空间

      • 某些jvm的解决方式:按需在堆中分配几块较大的内存,复制动作就发生在这大内存间
    • 复制本身:一旦程序进入稳定状态,可能只会产生少量垃圾,甚至没有,就算是这,复制回收器也得将所有 内存从一处复制到另一处,太浪费了

      • 某些JVM的解决方式:进行检查,要是没有新的垃圾产生,就会转换到“标记-清扫"模式(SUN公司早期JVM一直在用)。对一般用途,这种方法很慢,但当程序只会产生少量或者不产生垃圾,他速度就很快了
      • 切换到标记清扫方式清理

标记-清扫

原理:标记:从栈和静态存储区出发,遍历所有引用,找出所有“活”对象,每找到一个,就给对象一个标记,直到遍历完所有对象;清扫:没有被标记的对象将被清理。

特点

  1. 解决了循环引用的问题(循环引用的对象不会被发现)
  2. 相比停止-复制 较为高效(不会有任何复制动作)
  3. 非后台回收模式(需要在程序暂停的情况下进行)
  4. 处理完后剩下的堆空间是不连续的
    • 垃圾回收器若希望得到连续的空间,就需要整理剩下的未被清理的对象

补充:标记-整理

原理:标记:从栈和静态区域出发,遍历所有引用,对遍历过程中得到的活的对象进行标记;整理:将标记过的对象,把他们从内存开始的地方按照顺序依次摆放好,中间没有任何缝隙,在摆放完最后一个对象后,对后面的内存区域直接回收。

JVM中的块(感觉像是年龄分代)

  • 内存分配以较大的"块"为单位,较大的对象会单独占一个块。
  • 块用年代数来记录自己是否存活,若块被引用,年代数+1。
  • 垃圾回收器会对上一次回收过后 新分配的块进行整理
  • 垃圾回收器定期会清理
    • 含有小对象的那些块将被复制、整理
    • 大型对象 不会被复制(只有年代数会增加)

补充:分代收集算法

摘自JavaGuide

当前虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法,这种算法没有什么新的思想,只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将 java 堆分为新生代和老年代,这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。

比如在新生代中,每次收集都会有大量对象死去,所以可以选择”标记-复制“算法,只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的对象存活几率是比较高的,而且没有额外的空间对它进行分配担保,所以我们必须选择“标记-清除”或“标记-整理”算法进行垃圾收集。

标记清扫与停止复制的切换机制(自适应)

如果对象一个个的都很稳定,此时如果垃圾回收效率降低了,就会切换到“标记-清扫”模式,以提高垃圾回收的效率,(此时jvm持续监视) 如果堆中的碎片多了,那么就赶紧切换回“停止-复制”模式,以真整理堆空间,保持堆的高速运转。

HotSpot技术

java执行步骤

常见的垃圾回收机制

即时编译技术(Just-in Time JIT)

想要了解更多请移步什么是JIT?怎么优化? - 知乎 (zhihu.com)

热点代码分为两类:

  • 多次调用的方法
  • 多次执行的循环体,实际上也会以整个方法作为编译对象

如何判断热点代码请看原文

可以把 全部或部分 程序 直接翻译为本地机器码,这就省去了JVM翻译,所以运行更快

为什么不能用这个技术 编译所有代码?

  • 这个技术贯穿整个程序的生命周期,累加起来慢的要死
  • 会增加可执行代码的长度(字节码要比即时编译器展开后的本地机器码小很多),导致页面调度,使程序运行变慢
  • 即时编译时以方法为单位的,如果编译出来的代码运行不了几次,就白编译了
惰性评估

即时编译器只有在必要时,才编译代码

这样,从未被执行的代码也许就压根不会被 JIT 编译。

新版 JDK 中的 Java HotSpot 技术就采用了类似的做法,代码每被执行一次就优化一些,所以执行的次数越多,它的速度就越快。

逃逸分析技术

请移步至深入理解Java中的逃逸分析

逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域:当一个对象在方法中被定义后,它可能被外部方法所引用,例如作为调用参数传递到其他地方中,称为方法逃逸。

程序员灯塔
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