【Java虚拟机】JVM垃圾回收机制和常见回收算法原理

news2024/12/24 23:43:49

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