03 JVM的垃圾回收机制

理解JVM的垃圾回收机制(简称GC)有什么好处呢?作为一名软件开发者,满足自己的好奇心将是一个很好的理由,不过更重要的是,理解GC工作机制可以帮助你写出更好的Java程序。

在学习GC前,你应该知道一个技术名词:“stop-the-world” ,无论你选择哪种GC算法,“stop-the-world”都会发生。“stop-the-world”意味着JVM停止应用程序,而去进行垃圾回收。当“stop-the-world”发生时,除了进行垃圾回收的线程,其他所有线程都将停止运行。被中断的任务将在GC任务完成后恢复执行。GC调优往往意味着减少“stop-the-world”的时间。

2、分代垃圾收集机制

在HotSpot虚拟机中,将内存分为 年轻代(young generation)、老年代(old generation) 和 永久代(permanent generation)

我们看一下这幅图:

03 JVM的垃圾回收机制

年轻代: 新创建的对象都存放在这里。因为大多数对象很快变得不可达,所以大多数对象在年轻代中创建,然后消失。当对象从这块内存区域消失时,我们说发生了一次“minor GC”。

老年代: 没有变得不可达,存活下来的年轻代对象被复制到这里。这块内存区域一般大于年轻代。因为它更大的规模,GC发生的次数比在年轻代的少。对象从老年代消失时,我们说“major GC”(或“full GC”)发生了。

永久代: 永久代(permanent generation) 也称为“方法区(method area)”,它存储class对象和字符串常量。所以这块内存区域绝对不是永久的存放从老年代存活下来的对象的。发生在这里的垃圾回收也被称为major GC。

3、垃圾收集算法

垃圾收集算法如下:

年轻代-复制算法

老年代-标记清除算法

老年代-标记整理算法

永久代-方法区回收

年轻代-复制算法

该算法的核心是将可用内存按容量划分为大小相等的两块,每次只用其中一块,当这一块的内存用完,就将还存活的对象复制到另外一块上面,然后把已使用过的内存空间一次清理掉。这使得每次只对其中一块内存进行回收,分配也就不用考虑内存碎片等复杂情况,实现简单且运行高效。如下图:

03 JVM的垃圾回收机制

老年代-标记清除算法

该算法分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象(可达性分析),在标记完成后统一清理掉所有被标记的对象。如下图:

03 JVM的垃圾回收机制

该算法会有以下两个问题:

效率问题:标记过程和清除过程的效率都不高;

空间问题:标记清除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在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。

老年代-标记整理算法

标记清除算法会产生内存碎片,而复制算法需要有额外的内存担保空间,于是针对老年代的特点,又有了标记整理算法。标记整理算法的标记过程与标记清除算法相同,但后续步骤不再对可回收对象直接清理,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后清理掉这一端边界以外的内存。如下图:

03 JVM的垃圾回收机制

永久代-方法区回收

在方法区进行垃圾回收一般“性价比”较低,因为在方法区主要回收两部分内容:废弃常量无用的类

回收废弃常量与回收其他年代中的对象类似。

但是判断一个类是不是无用的类的条件则相当苛刻:

该类所有的实例都已经被回收,Java堆中不存在该类的任何实例;

该类对应的Class对象没有在任何地方被引用;

加载该类的ClassLoader已经被回收;

但即使满足以上条件也未必一定会回收,Hotspot VM还提供了-Xnoclassgc参数控制(关闭CLASS的垃圾回收功能)。因此在大量使用动态代理、CGLib等字节码框架的应用中一定要关闭该选项,开启VM的类卸载功能,以保证方法区不会溢出。

4、垃圾回收的两个重要方法

System.gc()方法 和 finalize()方法

System.gc()方法

使用System.gc() 可以不管JVM使用的是哪一种垃圾回收的算法,都可以请求Java的垃圾回收。在命令行中有一个参数-verbosegc可以查看Java使用的堆内存的情况,它的格式如下:java -verbosegc classfile 由于这种方法会影响系统性能,不推荐使用,所以不详细介绍。

finalize()方法

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