深入理解JVM之垃圾收集算法

内容导读

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内容图文

垃圾收集算法

1标记-清除算法（Mark-Sweep）

　　实现：先标记后清除

　　算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

　　主要缺点：内存碎片

　　它的主要不足空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

2复制算法（Copying）

一般用于新生代GC

优点：

　　避免内存碎片的问题。新生代GC使用此种算法，分为Eden：Survivor1：Survivor2=8:1:1

缺点：

       1、存活对象较多时，复制效率低

　　2、不想浪费50%空间的话，需要有额外的空间担保

实现：

　　将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半。

3标记-整理算法（Mark-Compact）

　　一般用于老年代GC

　　标记过程与“标记-清除”一样，首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

4 分代收集算法

　　将内存分为新生代和老年代，各自采用不同的算法。

　　新生代： 采用复制算法 Eden：Survivor1：Survivor2=8:1:1

　　老年代： 采用标记整理算法并为新生代做内存担保机制。

　　永久代：

5算法综合应用

　　当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，这种算法并没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

　　专门研究表明，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor[1]。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存会被“浪费”。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

　　在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。

HotSpot的算法实现

1枚举根节点

　　在可达性分析中，需要知道GC Roots的枚举，HotSpot中使用一组成为OopMap的数据结构来存储哪些地方存储着对象的引用。在OopMap的协助下，HotSpot可以快速准确的完成GC Roots的枚举。

2 安全点

问题一：

　　OopMap       存在的问题，引用是会变化的。但是又不可能为每一条指令都生成对应的OopMap

解决：

　　安全点，即程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在到达安全点时才能暂停。

问题二：

　　如何让所有线程都跑到安全点再停顿下来？

解决：

　　1、 抢先式中断 GC让所有线程中断，若发现其没有在安全点，就继续让他跑到安全点。（已弃用）

　　2、 主动式中断 线程轮询中断标志，主动中断。轮询标志的地方和安全点是重合的。

3 安全区域

　　针对没有被分配CPU时间的线程，比如暂时处于休眠状态的线程，无法响应JVM的中断请求，jvm采用安全区域解决这个问题。

定义：

　　安全区域是指在一段代码片段中，引用关系不会发生变化。在这个区域中的任意地方，开始GC都是安全的，我们也可以把Safe Region看做是被扩展了的Safepoint。

实现原理：

　　线程在安全区域执行，引用不会发生改变，此时可以进行GC；线程要离开GC时，首先检查是否已经完成了GC，完成了则可以继续执行，若是没有完成，则必须等待收到可以离开安全域的信号才能继续执行。

内容总结

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