JVM修炼之路【10】- 垃圾回收器和垃圾回收算法

news2024/11/23 15:41:00

垃圾回收算法

我们先简要看一下 四种主要的垃圾回收算法

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看到这不禁感慨一下 人家1960年 都搞出GC算法了 太强了


评价标准

既然有这么多算法 那就跟各个牌子的游戏本一样 有个比较,这里我们重点介绍一下 垃圾回收算法的评价标准
这几个标准非常重要是 是后面理解很多东西的基石,大家一定要好好理解

首先大家要理解 垃圾回收也是一个线程 在运行,它的本质和其他我们工作的线程没什么区别,既然是线程就会有占用 就会有阻塞。
一旦触发垃圾回收线程开始垃圾回收的时候, 部分阶段 比如fullgc 会停止所有的用户线程。

也就是说 你的java服务器里的用户线程 全体罚站。

这个过程叫STW ,

所以如果你的系统是频繁用户交互的 那你就要注意 不能使用STW过长的垃圾回收策略
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于是有了下面三个评价标准:

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这三个标准 就和 分布式理论里面那个CAP一样 不可兼得。

比如吞吐量 是 用户代码时间 / cg时间+其他所有时间。 这个比例可能很出色,但是分子和分母都越来越大 那cg时间就越来越长

cg时间越来越长 STW最大时间就越来越大


四种垃圾回收算法

标记清除算法

最好理解 最简单 最无脑的算法

我们之前说了GC root 根节点 可达性分析法 ,去寻找那些有根的对象 和断根的对象, 找到那些断线的 需要回收的对象 就清除掉。

就这么简单。

它的优点是 简单 迅速。

但是缺点很多 就是会产生大量的 内存碎片, 这些内存碎片 就是清除之后 留下来的空间 大小不一

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复制算法

复制算法 把内存区域 分成2块:from 、 to。 只有一块可以存储对象、

看到这还不知道它怎么清理, 它的一个缺点就已经暴露了—— 你的内存使用打半折 只有一般能用

首先往from区里面 存对象 ,这时候to 是空的

那么它需要gc的时候 还是用可达性算法 把非断根的那些不需要回收的对象找出来 把这些良好市民 都移动到 to

然后把from 清空。

它的好处就是没有内存碎片 因为移动到to 就整齐排列了
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标记整理

标记整理 就是 标记清除的进化版。

首先它还是一块内存区域 不会像复制算法一样 一分为二。

然后 我们刚才讲了 标记整理是 找到那些需要清除的 然后清除掉就完事了

而标记整理 他们清除之后 把剩下的对象空间重新排列 , 这样那些内存碎片也就都被挤出来了。

但是

就是因为比标记清除多了整理者一步 意味着它的性能不佳。

(单是整理这一步 可能要内存上 大部分的对象地址空间都要移动 , 还记得那个经典问题 arraylist 和linkedlist之间的性能选择吗。 类似于你在动态数组中做增删操作 )

分代回收算法

这个就是前几种算法组合 也是现代最流行的算法

首先他把堆分为 新生代 和老年代

新生代顾名思义 就是刚创建出来的对象。

老年代就是存活时间较长的对象

新生代 中又分为 Eden区(伊甸园区 上帝刚创造人类的地方) S0区 S1区

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我们来讲下这个过程。 首先刚开始 所有区域 都是空的 :

创建第一个对象:
当程序创建第一个对象时,这个对象会被分配到年轻代中。假设这个对象是一个新的实例,它被分配到年轻代的 Eden 区域。

对象存活和垃圾回收:
随着时间的推移,堆内存中会不断创建新的对象。这些对象可能被引用,也可能成为垃圾,即不再被引用。当年轻代的 Eden 区域填满时,会触发一次 Minor GC(年轻代垃圾回收)。在 Minor GC 中,存活的对象会被移动到存活区域(Survivor Space),而不再被引用的对象将被标记为可回收的垃圾。被标记为垃圾的对象将被回收释放。

晋升到老年代:
如果对象在年轻代经过几轮的 Minor GC 后仍然存活,它将被晋升到老年代。通常,对象在老年代存活时间更长,因此老年代的垃圾回收频率相对较低。

Full GC:
当老年代内存空间不足时,会触发 Full GC。Full GC 会对整个堆内存进行垃圾回收,包括年轻代和老年代。在 Full GC 中,所有的存活对象都会被标记并移动,而不再被引用的对象将被回收释放。Full GC 的成本通常比 Minor GC 更高,因为它需要对整个堆内存进行扫描和处理。

Out of Memory:
如果堆内存无法满足程序的内存需求,将会发生 Out of Memory 错误。这通常发生在无法为新对象分配内存空间时,或者在进行垃圾回收后仍然无法腾出足够的内存空间时。此时,程序无法继续执行,并抛出 Out of Memory 错误。


垃圾回收器

首先新手要理解一点 垃圾回收器都是组合使用的 出来G1外,这些乱七八糟的组合大家不用死记硬背。
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这里介绍经典的2种组合,以及最新的垃圾回收器 G1:

如果你关注暂停时间 不想太长 就用 PN+CMS

CMS这个回收器 它的特点是并发执行,允许用户现场和gc线程同时跑, 但是它用的是标记清除算法 容易产生内存碎片

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