【Java虚拟机】JVM垃圾回收机制和常见回收算法原理

news2024/11/13 9:42:32

1.垃圾回收机制

(1)什么是垃圾回收机制(Garbage Collection, 简称GC)

  • 指自动管理动态分配的内存空间的机制,自动回收不再使用的内存,以避免内存泄漏和内存溢出的问题
  • 最早是在1960年代提出的,程序员需要手动管理内存的分配和释放
  • 这往往会导致内存泄漏和内存溢出等问题,同时也增加了程序员的工作量,特别是C++/C语言开发的时候
  • Java语言是最早实现垃圾回收机制的语言之一,其他编程语言,如C#、Python和Ruby等,也都提供了垃圾回收机制

(2)JVM自动垃圾回收机制

  • 指Java虚拟机在运行Java程序时,自动回收不再使用的对象所占用的内存空间的过程

  • Java程序中的对象,一旦不再被引用会被标记为垃圾对象,JVM会在适当的时候自动回收这些垃圾对象所占用的内存空间

  • 优点

    • 减少了程序员的工作量,不需要手动管理内存
    • 动态地管理内存,根据应用程序的需要进行分配和回收,提高了内存利用率
    • 避免内存泄漏和野指针等问题,增加程序的稳定性和可靠
  • 缺点

    • 垃圾回收会占用一定的系统资源,可能会影响程序的性能
    • 垃圾回收过程中会停止程序的执行,可能会导致程序出现卡顿等问题
    • 不一定能够完全解决内存泄漏等问题,需要在编写代码时注意内存管理和编码规范

2.垃圾回收算法

(1)引用计数法

  • 基本思想,跟踪每个对象被引用的次数,当引用次数为0时,就可以将该对象回收
  • 在JVM中,每个对象都有一个引用计数器,当对象被引用时,引用计数器+1
  • 当对象被取消引用时,引用计数器-1
  • 当引用计数器为0时,该对象就可以被回收
  • 优点
    • 实现简单,回收垃圾的效率高
  • 缺点
    • 循环引用无法回收。如果两个对象互相引用,它们的引用计数器永远不会为0,因此无法被回收
    • 引用计数器开销大,每个对象都需要一个引用计数器,如果对象很多,开销就会很大

在这里插入图片描述

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        B b = new B();
        a.setB(b);
        b.setA(a);
        a = null;
        b = null;
        System.gc();
    }
}

class A {
    private B b;

    public void setB(B b) {
        this.b = b;
    }
}

class B {
    private A a;

    public void setA(A a) {
        this.a = a;
    }
}
  • 类A和类B相互引用,每个对象都持有对方的引用,形成了一个循环引用的环,当Main方法执行完毕后,a和b对象都置为null
  • 由于它们相互引用,它们的引用计数器都不为0,无法被垃圾回收器回收,导致内存泄漏
  • 但是上面代码却不会发生内存泄漏,因为多数jvm没有采用这个引用计数器方案,而是采用可达性分析算法

(2)可达性分析算法

  • 可达性分析算法的基本思想是通过一系列的“GC Roots”对象作为起点进行搜索。
  • 如果“GC Roots”和一个对象之间没有可达路径,则称该对象是不可达的,不过要注意的是被判定为不可达的对象不一定就会成为可回收对象。
  • 被判定为不可达的对象要成为回收对象,要至少经历两次标记过程。
  • 如果在这两次标记过程中仍然没有逃脱成为可回收对象的可能性,则基本上就真的成为可回收对象了。

通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索走过的路径称为“引用链”,当一个对象到 GC Roots 没有任何的引用链相连时(从 GC Roots 到这个对象不可达)时,证明此对象不可用。

在这里插入图片描述

(3)什么是GC Root

  • 指一些被JVM认为是存活的对象,它们是垃圾回收算法的起点

  • 可以理解为由堆外指向堆内的引用, 本身是没有存储位置,都是字节码加载运行过程中加入 JVM 中的一些普通引用

  • 通俗的例子可以是一个树形结构,树的根节点就是GC Roots

  • 是垃圾回收器的起点,如果一个节点没有任何子节点与根节点相连,那这个节点就被认为是不可达的,可以被回收器回收

  • 通俗的例子

    • 将GC Roots比喻成一座城市,城市中有很多建筑物,这些建筑物就是内存中的对象
    • GC Roots就像城市的卫生局、消防局等,它们直接或间接地与城市中的建筑物相连
    • 从这些机构出发,通过道路、桥梁等连接,最终能够到达所有的建筑物
    • 如果一个建筑物没有与这些机构相连,那么它就被认为是废弃的,可以被清理掉

(4)JVM中的GCRoots对象有哪几种

  • 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。

  • 方法区中类静态属性引用的对象

    • JDK 1.7 开始静态变量的存储从方法区移动到堆中
    • 比如你定义了一个static 的集合对象,那里面添加的对象就是可以被GC Root可达的
  • 方法区中常量引用的对象

    • 字符串常量池从 JDK 1.7 开始由方法区移动到堆中
  • 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象。

在这里插入图片描述

(5)对象可回收,就一定会被回收吗?

  • 不一定会回收,对象的finalize方法给了对象一次最后一次的机会。
  • 当对象不可达(可回收)并发生 GC 时,会先判断对象是否执行了 finalize 方法,如果未执行则会先执行 finalize 方法
  • 将当前对象与 GC Roots 关联,执行 finalize 方法之后,GC 会再次判断对象是否可达
  • 如果不可达,则会被回收,如果可达,则不回收!
  • 需要注意的是 finalize 方法只会被执行一次,如果第一次执行 finalize 方法,对象变成了可达,则不会回收
  • 但如果对象再次被 GC,则会忽略 finalize 方法,对象会被直接回收掉!

未完待续。。。。。。,今个累累,改天再补上。

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