手绘一张图详细介绍GC回收机制

2024-02-29 14:31:10

复制算法图解：

上面两张图的高清图地址如下：

https://download.csdn.net/download/u011228868/13455207

https://download.csdn.net/download/u011228868/13455204

GC Root 包括：

虚拟机栈中引用的对象
方法区中类静态属性实体引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中JNI引用的对象

清除标记算法伪代码实现如下:

标记实现：

mark_phase(){
   for(r : $roots)//循环遍历空间对象
      mark(*r)
}

mark(obj){
  if(obj.mark == FALSE)
    obj.mark = TRUE
    for(child : children(obj))//对对象树进行遍历循环，递归方式
      mark(*child)
}

通过深度优先遍历对每个节点进行遍历，然后打上标记，对于所有对象哪个是活着的就可以知道了

标记所花费的时间是与存活的数量成正比，时间复杂度为O(N),N为存活的数量

清除算法的简单实现

sweep_phase(){
   sweeping = $heap_start
   while(sweeping < $head_end)
     if(sweeping.mark == TRUE)
        sweeping.mark = FALSE
     else
        sweeping.next = $free_list
        $free_list = sweeping
     sweeping += sweeping.size 
}

在清除阶段程序会遍历整个堆，对有标记的对象把标记清除掉等待下次GC，对于没有标记的对象则会放到一个单向的空闲列表free_list里面，这样当新建对象需要分配内存时我们就可以从free_list里面取出合适的分块。

复制算法说明：

“复制”（Copying）的收集算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。

分代收集算法说明：

GC 分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短。

“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。

G1收集器说明：

与CMS收集器相比G1收集器有以下特点：

1、空间整合，G1收集器采用标记整理算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会因为无法找到连续空间而提前触发下一次GC。

2、可预测停顿，这是G1的另一大优势，降低停顿时间是G1和CMS的共同关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为N毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已经是实时 Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。

使用G1收集器时，Java堆的内存布局与其他收集器有很大差别，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔阂了，它们都是一部分（可以不连续）Region 的集合。

G1的新生代收集跟 ParNew 类似，当新生代占用达到一定比例的时候，开始出发收集。和 CMS 类似，G1 收集器收集老年代对象会有短暂停顿。

内存模型与回收策略：

Java 堆（Java Heap）是JVM所管理的内存中最大的一块，堆又是垃圾收集器管理的主要区域，Java 堆主要分为2个区域-年轻代与老年代，其中年轻代又分 Eden 区和 Survivor 区，其中 Survivor 区又分 From 和 To 2个区。

Eden 区

大多数情况下，对象会在新生代 Eden 区中进行分配，当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机会发起一次 Minor GC，Minor GC 相比 Major GC 更频繁，回收速度也更快。通过 Minor GC 之后，Eden 会被清空，Eden 区中绝大部分对象会被回收，而那些无需回收的存活对象，将会进到 Survivor 的 From 区（若 From 区不够，则直接进入 Old 区）。

Survivor 区

Survivor 区相当于是 Eden 区和 Old 区的一个缓冲，类似于我们交通灯中的黄灯。Survivor 又分为2个区，一个是 From 区，一个是 To 区。每次执行 Minor GC，会将 Eden 区和 From 存活的对象放到 Survivor 的 To 区（如果 To 区不够，则直接进入 Old 区）。Survivor 的存在意义就是减少被送到老年代的对象，进而减少 Major GC 的发生。Survivor 的预筛选保证，只有经历16次 Minor GC 还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代。

Old 区

老年代占据着2/3的堆内存空间，只有在 Major GC 的时候才会进行清理，每次 GC 都会触发“Stop-The-World”。内存越大，STW 的时间也越长，所以内存也不仅仅是越大就越好。由于复制算法在对象存活率较高的老年代会进行很多次的复制操作，效率很低，所以老年代这里采用的是标记——整理算法。

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