一、GC的作用

進行內存管理

C語言中的內存，申請內存之后需要手動釋放；一旦忘記釋放，就會發(fā)生內存泄漏！

而Java語言中，申請內存后會由GC來釋放內存空間，無需手動釋放

GC雖然代替了手動釋放的操作，但是它也有局限性：

•  需要消耗更多的資源；
• 沒有手動釋放那么及時；
• STW(Stop The World)會影響程序的執(zhí)行效率

二、GC主要回收哪些內存

(1)堆：主要回收堆中的內存

(2)方法區(qū)：需要回收

(3)棧(包括本地方法棧和JVM虛擬機棧)：不需要回收，棧上的內存什么時候釋放是明確的(線程結束，棧上的內存也就被釋放了;對應的某個棧幀銷毀[某個方法執(zhí)行完畢]，也會導致對應的局部變量被釋放)

(4)程序計數器：不需要被回收

GC回收內存的基本單位:對象

GC回收對象的基本思路

(1)標記：判斷當前對象的生死，對象不再被使用為死，則需要回收，反之不需要被回收；

標記的方法：

• 引用計數法

記錄當前這個對象是否有引用指向，有則引用計數加1，如果當前這個對象的引用指向了其他新的對象，則引用計數減1，當引用計數為0的時候，我們認為這個對象需要被回收！

缺點：無法解決循環(huán)引用問題

下面用一段偽代碼來演示一下循環(huán)引用問題：

class Test{
Test t = null;
}
Test a = new Test();
Test b = new Test();
a.t = b;
b.t = a;
a = null;
b = null;

我們發(fā)現(xiàn)，在上述代碼中已經沒有辦法使用對象a和對象b了，但是它們的引用計數不為1.想使用對象a，就得找到對象a的引用，但是對象a的引用又在對象b當中。想使用對象b，就得找到對象b 的引用，但是對象b的引用又在對象a當中。

• 可達性分析：

代碼中的對象具有一定的關聯(lián)關系，這樣錯綜復雜的關系，構成了一個"有向圖"?？蛇_性分析也就是遍歷這個對象關系的“有向圖”。如果某個對象可以被遍歷到，那么它就是可達的(非垃圾)，那么就是不可達的(是垃圾)

那么可達性分析從哪里開始呢？

a)針對每個線程的每個棧幀的局部變量表(線程有很多，每個線程棧幀也有很多，每個棧幀也會有很多個變量);

b)常量池中引用的對象;

c)方法區(qū)中靜態(tài)變量引用的對象;

因為遍歷的起點不止一個，而是很多個起點，因此把這些起點也稱之為GCRoot

• 回收方法區(qū)對象的規(guī)則：

a)該類的所有實例已經被回收;

b)加載類的ClassLoader也已經被回收了;

c)該類對象沒有在代碼中使用了

同時具備以上三個條件，就認為該類對象是可以被回收的

回收的方法：

• 標記-清除【適合老年代】

通過上面的圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，兩個空閑區(qū)被其他的對象分隔開了。一旦需要一個比較大的空間，就會申請失敗。

標記-清除法的優(yōu)缺點：

優(yōu)點：簡單高效

缺點：會出現(xiàn)內存碎片

• 標記-復制【適合新生代】

優(yōu)點：解決了內存碎片問題，保證回收之后不會存在碎片(回收后使用的對象之間是連續(xù)的，空余內存之間也是連續(xù)的)

缺點：需要一塊額外的空間，如果生存的對象較多就比較難低效

• 標記-整理【適合老年代】

優(yōu)點：沒有內存碎片問題，也不需要額外的空間

缺點：類似于順序表的刪除操作，效率不是很高

三、分代回收

按照對象的年齡，將堆內存分為：新生代(伊甸區(qū)和生存區(qū))、老年代

對象的年齡不是直接使用時間來記錄，而是使用對象活過GC輪次來記錄(GC是按照一定周期來運行)

一個對象的一生：

(1)對象誕生于新生代的伊甸區(qū)。新產生的對象的內存就是新生代中的內存

(2)第一輪GC掃描伊甸區(qū)之后，就會把大量的對象回收掉。少數沒有被回收的對象，就會通過標記-復制算法進入到生存區(qū)

(3)少數進入生存區(qū)的對象，再次被GC掃描(對這些對象進行可達性分析)。如果發(fā)現(xiàn)該對象已經不可達，也就被銷毀了。沒有被銷毀的對象，再次通過標記-復制算法，把它拷貝到另一個生存區(qū)。

(4)對象在兩個生存區(qū)中經過若干次拷貝，如果還沒有被回收，那么就說明這些個對象存活時間比較久，就拷貝到老年代

(5)老年代的對象也是要經過GC掃描的。由于老年代的對象生存時間比較長。因此掃描周期要比新生代的周期要長

相關術語：

• Partical GC：只進行一部分內存區(qū)域的GC
• Full GC：針對整個內存區(qū)域進行GC
• Minor GC：針對新生代內存的GC，執(zhí)行頻繁，速度較快
• Major GC：針對老年代的GC，沒那么頻繁。速度較慢，通常由Minor GC 觸發(fā)

四、垃圾回收器

垃圾回收器做的兩件事情：標記(可達性分析)+回收(標記清除，標記復制，標記整理)

• Serial收集器(給新生代使用，串行回收)【存在STW】

采用復制算法，單線程進行標記和回收

• ParNew收集器(新生代收集器，多線程GC)

采用復制算法，多線程進行標記和回收

• Parallel scavenge收集器(新生代收集器，并行GC)

設計初衷是為了縮短STW時間，以犧牲吞吐量和新生代空間作為代價。

相當于承諾用戶，在一定時間內就會完成一次GC。

• Serial Old收集器(老年代收集器，串行GC)

• Parallel old收集器(老年代收集器，并行GC)

使用多線程完成標記整理，效率更高，消耗的CPU資源更多

• CMS垃圾回收器(老年代收集器，并行GC，采用多線程標記清除算法)

a)初始標記【STW】
只是把和GCRoot相關的對象標記出來，涉及STW
b)并發(fā)標記
執(zhí)行整個標記遍歷的過程(從GCRoot開始，把能訪問的對象都遍歷)
不需要暫停用戶線程

消耗的時間相對比較久，但是可以和用戶線程并發(fā)

注意：當進行并發(fā)標記的時候，當用戶線程也在執(zhí)行，可能導致某個對象，剛剛標記的時候不是垃圾，代碼執(zhí)行后，就成了垃圾

c)重新標記(CMS remark)【STW】
修正誤差

d)并發(fā)清除
多線程的方式將剛剛的垃圾對象都清除釋放掉，可以和應用程序并發(fā)執(zhí)行

優(yōu)點：能夠讓STW時間盡量短
缺點：有內存碎片； GC操作和應用程序并發(fā)進行，消耗CPU資源多;

• G1回收器(Java11開始默認使用)

既可以回收新生代，也可以回收老年代

每個矩形稱為一個region
E表示伊甸區(qū)
S表示生存區(qū)
T表示老年代
H表示存放大對象的區(qū)域
以region為單位進行回收，回收粒度更精細
針對新生區(qū)的region同樣適用復制算法
針對老年代的回收類似于CMS
a）初始標記【STW】：只去找和GRoot直接相連的對象
b）并發(fā)標記：和應用程序并發(fā)執(zhí)行，進行可達性分析，遍歷所有對象。如果發(fā)現(xiàn)某個老年代region中已經沒有存活對象，就直接回收
c)最終標記：修正第二步產生的誤差
d)篩選回收：挑選出對象存活率低的region進行回收

五、總結

到此這篇關于Java基礎之垃圾回收機制詳解的文章就介紹到這了,更多相關Java垃圾回收機制內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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