老生常談java垃圾回收算法(必看篇)

1.引用計數(shù)法(Reference Counting Collector)

1.1算法分析

引用計數(shù)是垃圾收集器中的早期策略。在這種方法中，堆中每個對象實(shí)例都有一個引用計數(shù)。當(dāng)一個對象被創(chuàng)建時，且將該對象實(shí)例分配給一個變量，該變量計數(shù)設(shè)置為1。當(dāng)任何其它變量被賦值為這個對象的引用時，計數(shù)加1（a = b,則b引用的對象實(shí)例的計數(shù)器+1），但當(dāng)一個對象實(shí)例的某個引用超過了生命周期或者被設(shè)置為一個新值時，對象實(shí)例的引用計數(shù)器減1。任何引用計數(shù)器為0的對象實(shí)例可以被當(dāng)作垃圾收集。當(dāng)一個對象實(shí)例被垃圾收集時，它引用的任何對象實(shí)例的引用計數(shù)器減1。

1.2優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

引用計數(shù)收集器可以很快的執(zhí)行，交織在程序運(yùn)行中。對程序需要不被長時間打斷的實(shí)時環(huán)境比較有利。

缺點(diǎn)：

無法檢測出循環(huán)引用。如父對象有一個對子對象的引用，子對象反過來引用父對象。這樣，他們的引用計數(shù)永遠(yuǎn)不可能為0.

1.3引用計數(shù)算法無法解決循環(huán)引用問題，例如：

public class Main {
 public static void main(String[] args) {
  MyObject object1 = new MyObject();
  MyObject object2 = new MyObject();
   
  object1.object = object2;
  object2.object = object1;
   
  object1 = null;
  object2 = null;
 }
}

最后面兩句將object1和object2賦值為null，也就是說object1和object2指向的對象已經(jīng)不可能再被訪問，但是由于它們互相引用對方，導(dǎo)致它們的引用計數(shù)器都不為0，那么垃圾收集器就永遠(yuǎn)不會回收它們。

2.Mark-Sweep（標(biāo)記-清除）Tracing Collector（tracing算法）

這是最基礎(chǔ)的垃圾回收算法，之所以說它是最基礎(chǔ)的是因?yàn)樗钊菀讓?shí)現(xiàn)，思想也是最簡單的。標(biāo)記-清除算法分為兩個階段：標(biāo)記階段和清除階段。標(biāo)記階段的任務(wù)是標(biāo)記出所有需要被回收的對象，清除階段就是回收被標(biāo)記的對象所占用的空間。具體過程如下圖所示：

從圖中可以很容易看出標(biāo)記-清除算法實(shí)現(xiàn)起來比較容易，但是有一個比較嚴(yán)重的問題就是容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，碎片太多可能會導(dǎo)致后續(xù)過程中需要為大對象分配空間時無法找到足夠的空間而提前觸發(fā)新的一次垃圾收集動作。

3.Copying（復(fù)制）算法

為了解決Mark-Sweep算法的缺陷，Copying算法就被提了出來。它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用的內(nèi)存空間一次清理掉，這樣一來就不容易出現(xiàn)內(nèi)存碎片的問題。具體過程如下圖所示：

這種算法雖然實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)行高效且不容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片，但是卻對內(nèi)存空間的使用做出了高昂的代價，因?yàn)槟軌蚴褂玫膬?nèi)存縮減到原來的一半。

很顯然，Copying算法的效率跟存活對象的數(shù)目多少有很大的關(guān)系，如果存活對象很多，那么Copying算法的效率將會大大降低。

4.Mark-Compact（標(biāo)記-整理）算法

為了解決Copying算法的缺陷，充分利用內(nèi)存空間，提出了Mark-Compact算法。該算法標(biāo)記階段和Mark-Sweep一樣，但是在完成標(biāo)記之后，它不是直接清理可回收對象，而是將存活對象都向一端移動，然后清理掉端邊界以外的內(nèi)存。具體過程如下圖所示：

5.Generational Collection（分代收集）算法

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根據(jù)對象存活的生命周期將內(nèi)存劃分為若干個不同的區(qū)域。一般情況下將堆區(qū)劃分為老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特點(diǎn)是每次垃圾收集時只有少量對象需要被回收，而新生代的特點(diǎn)是每次垃圾回收時都有大量的對象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。

目前大部分垃圾收集器對于新生代都采取Copying算法，因?yàn)樾律忻看卫厥斩家厥沾蟛糠謱ο螅簿褪钦f需要復(fù)制的操作次數(shù)較少，但是實(shí)際中并不是按照1：1的比例來劃分新生代的空間的，一般來說是將新生代劃分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden空間和其中的一塊Survivor空間，當(dāng)進(jìn)行回收時，將Eden和Survivor中還存活的對象復(fù)制到另一塊Survivor空間中，然后清理掉Eden和剛才使用過的Survivor空間。

而由于老年代的特點(diǎn)是每次回收都只回收少量對象，一般使用的是Mark-Compact算法。

注意，在堆區(qū)之外還有一個代就是永久代（Permanet Generation），它用來存儲class類、常量、方法描述等。對永久代的回收主要回收兩部分內(nèi)容：廢棄常量和無用的類。

垃圾收集器

新生代收集器使用的收集器：Serial、PraNew、Parallel Scavenge

老年代收集器使用的收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS

Serial收集器（復(fù)制算法)

新生代單線程收集器，標(biāo)記和清理都是單線程，優(yōu)點(diǎn)是簡單高效。

Serial Old收集器(標(biāo)記-整理算法)

老年代單線程收集器，Serial收集器的老年代版本。

ParNew收集器(停止-復(fù)制算法)　

新生代收集器，可以認(rèn)為是Serial收集器的多線程版本,在多核CPU環(huán)境下有著比Serial更好的表現(xiàn)。

Parallel Scavenge收集器(停止-復(fù)制算法)

并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般為99%， 吞吐量= 用戶線程時間/(用戶線程時間+GC線程時間)。適合后臺應(yīng)用等對交互相應(yīng)要求不高的場景。

Parallel Old收集器(停止-復(fù)制算法)

Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量優(yōu)先

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（標(biāo)記-清理算法）

高并發(fā)、低停頓，追求最短GC回收停頓時間，cpu占用比較高，響應(yīng)時間快，停頓時間短，多核cpu 追求高響應(yīng)時間的選擇

GC的執(zhí)行機(jī)制

由于對象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時間也不一樣。GC有兩種類型：Scavenge GC和Full GC。

Scavenge GC

一般情況下，當(dāng)新對象生成，并且在Eden申請空間失敗時，就會觸發(fā)Scavenge GC，對Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對象，并且把尚且存活的對象移動到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個區(qū)。這種方式的GC是對年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱ο蠖际菑腅den區(qū)開始的，同時Eden區(qū)不會分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來。

Full GC

對整個堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因?yàn)樾枰獙φ麄€堆進(jìn)行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對JVM調(diào)優(yōu)的過程中，很大一部分工作就是對于FullGC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：

1.年老代（Tenured）被寫滿

2.持久代（Perm）被寫滿

3.System.gc()被顯示調(diào)用

4.上一次GC之后Heap的各域分配策略動態(tài)變化

Java有了GC同樣會出現(xiàn)內(nèi)存泄露問題

靜態(tài)集合類像HashMap、Vector等的使用最容易出現(xiàn)內(nèi)存泄露，這些靜態(tài)變量的生命周期和應(yīng)用程序一致，所有的對象Object也不能被釋放，因?yàn)樗麄円矊⒁恢北籚ector等應(yīng)用著。

Static Vector v = new Vector(); 
for (int i = 1; i<100; i++) 
{ 
 Object o = new Object(); 
 v.add(o); 
 o = null; 
}

在這個例子中，代碼棧中存在Vector 對象的引用 v 和 Object 對象的引用 o 。在 For 循環(huán)中，我們不斷的生成新的對象，然后將其添加到 Vector 對象中，之后將 o 引用置空。問題是當(dāng) o 引用被置空后，如果發(fā)生 GC，我們創(chuàng)建的 Object 對象是否能夠被 GC 回收呢？答案是否定的。因?yàn)椋?GC 在跟蹤代碼棧中的引用時，會發(fā)現(xiàn) v 引用，而繼續(xù)往下跟蹤，就會發(fā)現(xiàn) v 引用指向的內(nèi)存空間中又存在指向 Object 對象的引用。也就是說盡管o 引用已經(jīng)被置空，但是 Object 對象仍然存在其他的引用，是可以被訪問到的，所以 GC 無法將其釋放掉。如果在此循環(huán)之后， Object 對象對程序已經(jīng)沒有任何作用，那么我們就認(rèn)為此 Java 程序發(fā)生了內(nèi)存泄漏。

2.各種連接，數(shù)據(jù)庫連接，網(wǎng)絡(luò)連接，IO連接等沒有顯示調(diào)用close關(guān)閉，不被GC回收導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

3.監(jiān)聽器的使用，在釋放對象的同時沒有相應(yīng)刪除監(jiān)聽器的時候也可能導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

以上這篇（標(biāo)題）就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持億速云。