JVM内存管理之GC(垃圾回收)策略与原理

JAVA herman 216浏览 0评论

内存管理一直是 JAVA 语言自豪与骄傲的资本,它让 JAVA 程序员基本上可以彻底忽略与内存管理相关的细节,只专注于业务逻辑。不过世界上不存在十全十美的好事,在带来了便利的同时,也因此引入了很多令人抓狂的内存溢出和泄露的问题。

在平时的工作和研究当中,不可避免的会遇到内存溢出与内存泄露的问题。如果对GC策略与原理不了解的情况下碰到了前面所说的问题,很多时候会让人不知所措。

GC策略

既然是要进行自动GC,那必然会有相应的策略,而这些策略解决了哪些问题呢,粗略的来说,主要有以下几点:

  • 哪些对象可以被回收。
  • 何时回收这些对象。
  • 采用什么样的方式回收。

GC策略采用的算法

上面所提到的三个问题,其实最主要的一个问题就是第一个,也就是哪些对象才是可以回收的。

有一种比较简单直观的办法,它的效率较高,被称作引用计数算法。但是这个算法有一个致命的缺陷,那就是对于循环引用的对象无法进行回收。想象一下,假设JVM采用这种GC策略,那么程序猿在编写的程序的时候,下面这样的代码就不要指望再出现了。

public class Object {
	// 业余草:www.xttblog.com
    Object field = null;
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                Object objectA = new Object();
                Object objectB = new Object();//1
                objectA.field = objectB;
                objectB.field = objectA;//2
                //to do something
                objectA = null;
                objectB = null;//3
            }
        });
        thread.start();
        while (true);
    }
}

这段代码看起来有点刻意为之,但其实在实际编程过程当中,是经常出现的,比如两个一对一关系的数据库对象,各自保持着对方的引用。最后一个无限循环只是为了保持JVM不退出,没什么实际意义。

对于我们现在使用的GC来说,当thread线程运行结束后,会将objectA和objectB全部作为待回收的对象。而如果我们的GC采用上面所说的引用计数算法,则这两个对象永远不会被回收,即便我们在使用后显示的将对象归为空值也毫无作用。

这里大致解释一下,在代码中标注了1、2、3三个数字,当第1个地方的语句执行完以后,两个对象的引用计数全部为1。当第2个地方的语句执行完以后,两个对象的引用计数就全部变成了2。当第3个地方的语句执行完以后,也就是将二者全部归为空值以后,二者的引用计数仍然为1。根据引用计数算法的回收规则,引用计数没有归0的时候是不会被回收的。

根搜索算法

由于引用计数算法的缺陷,所以JVM一般会采用一种新的算法,叫做根搜索算法。它的处理方式就是,设立若干种根对象,当任何一个根对象到某一个对象均不可达时,则认为这个对象是可以被回收的。

JVM 垃圾回收 根搜索算法

就拿上图来说,ObjectD和ObjectE是互相关联的,但是由于GC roots到这两个对象不可达,所以最终D和E还是会被当做GC的对象,上图若是采用引用计数法,则A-E五个对象都不会被回收。

说到GC roots(GC根),在JAVA语言中,可以当做GC roots的对象有以下几种:

  1. 虚拟机栈中的引用的对象。
  2. 方法区中的类静态属性引用的对象。
  3. 方法区中的常量引用的对象。
  4. 本地方法栈中JNI的引用的对象。

第一和第四种都是指的方法的本地变量表,第二种表达的意思比较清晰,第三种主要指的是声明为final的常量值。

垃圾收集算法

根搜索算法解决的是垃圾搜集的基本问题,也就是上面提到的第一个问题,也是最关键的问题,就是哪些对象可以被回收。

垃圾回收算法原理

不过垃圾收集显然还需要解决后两个问题,什么时候回收以及如何回收。在根搜索算法的基础上,现代虚拟机的实现当中,垃圾搜集的算法主要有三种,分别是标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法。这三种算法都扩充了根搜索算法,不过它们理解起来还是非常好理解的。

业余草公众号

最后,欢迎关注我的个人微信公众号:业余草(yyucao)!

本文原文出处:业余草: » JVM内存管理之GC(垃圾回收)策略与原理