Java8的GC垃圾回收

107 阅读 0 评论 71 点赞

我是靠谱客的博主开心花生，最近开发中收集的这篇文章主要介绍Java8的GC垃圾回收，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

Java垃圾回收概况

Java GC（Garbage Collection，垃圾回收）机制，是Java与C++/C的主要区别之一，作为Java开发者，一般不需要专门编写内存回收和垃圾清理代码，对内存泄露和溢出的问题，也不需要像C程序员那样战战兢兢。这是因为在Java虚拟机中，存在自动内存管理和垃圾清扫机制。概括地说，该机制对JVM中的内存进行标记，并确定哪些内存需要回收，根据一定的回收策略，自动的回收内存，永不停息的保证JVM中的内存空间，防止出现内存泄露和溢出问题。

关于JVM，需要说明一下的是，目前使用最多的Sun公司的JDK中，自从1999年的JDK1.2开始直至现在仍在广泛使用的JDK6，其中默认的虚拟机都是HotSpot。2009年，Oracle收购Sun，加上之前收购的EBA公司，Oracle拥有3大虚拟机中的两个：JRockit和HotSpot，Oracle也表明了想要整合两大虚拟机的意图，但是目前在新发布的JDK8中，默认的虚拟机仍然是HotSpot，因此本文中默认介绍的虚拟机都是HotSpot，相关机制也主要是指HotSpot的GC机制。

Java GC机制主要完成3件事：

确定哪些内存需要回收
确定什么时候需要执行GC
如何执行GC

经过这么长时间的发展，Java GC机制已经日臻完善，几乎可以自动的为我们做绝大多数的事情。然而，如果我们从事较大型的应用软件开发，曾经出现过内存优化的需求，就必定要研究Java GC机制。

学习Java GC机制，可以帮助我们在日常工作中排查各种内存溢出或泄露问题，解决性能瓶颈，达到更高的并发量，写出更高效的程序。

我们将从4个方面学习Java GC机制，1，内存是如何分配的；2，如何保证内存不被错误回收（即：哪些内存需要回收）；3，在什么情况下执行GC以及执行GC的方式；4，如何监控和优化GC机制。

内存是如何分配的

这里所说的内存分配，主要指的是在堆上的分配，一般的，对象的内存分配都是在堆上进行，但现代技术也支持将对象拆成标量类型（标量类型即原子类型，表示单个值，可以是基本类型或String等），然后在栈上分配，在栈上分配的很少见，我们这里不考虑,接下来我们一起来了解下内存分区,对我们后面学习的有所帮助。

内存分区

1、一个人（对象）出来（new 出来）后会在Eden Space（新生区）无忧无虑的生活，直到GC到来打破了他们平静的生活。GC会逐一问清楚每个对象的情况，有没有钱（此对象的引用）啊，因为GC想赚钱呀，有钱的才可以敲诈嘛。然后富人就会进入Survivor Space（幸存者区），穷人的就直接kill掉。

2、并不是进入Survivor Space（幸存者区）后就保证人身是安全的，但至少可以活段时间。GC会定期（可以自定义）会对这些人进行敲诈，亿万富翁每次都给钱，GC很满意，就让其进入了Old Gen(老年区)。万元户经不住几次敲诈就没钱了，GC看没有啥价值啦，就直接kill掉了。

3、进入到老年区的人基本就可以保证人身安全啦，但是亿万富豪有的也会挥霍成穷光蛋，只要钱没了，GC还是kill掉。

分区的目的：新生区由于对象产生的比较多并且大都是朝生夕灭的，所以直接采用标记-清理算法。而养老区生命力很强，则采用复制算法，针对不同情况使用不同算法。

在前面的文章里介绍了内存分区情况，接下来我们就来说下垃圾回收的相关算法。对于GC的回收算法是门相当深的学问，我们在这里就先从最简单的入手开始学习，慢慢的由浅入深。

最基础的收集算法 — 标记/清除算法

标记/清除算法的基本思想就跟它的名字一样，分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

标记阶段：标记的过程其实就是检查哪些对象能被外界访问的可达性分析算法的过程，遍历所有的GC Roots对象，对从GC Roots对象可达的对象都打上一个标识，一般是在对象的header中，将其记录为可达对象。

标记阶段

清除阶段：清除的过程是对堆内存进行遍历，如果发现某个对象没有被标记为可达对象（通过读取对象header信息），则将其回收。

清除阶段

上面两张图是标记/清除算法的示意图，在标记阶段，从对象1可以访问到B对象，从B对象又可以访问到E对象，因此从GC 对象1到B、E都是可达的，同理，对象F、G、J、K都是可达对象；到了清除阶段，所有不可达对象都会被回收。

在垃圾收集器进行GC时，必须停止所有Java执行线程（也称"Stop The World"），原因是在标记阶段进行可达性分析时，不可以出现分析过程中对象引用关系还在不断变化的情况，否则的话可达性分析结果的准确性就无法得到保证。在等待标记清除结束后，应用线程才会恢复运行。

标记/清除算法存在问题：

1、效率问题。标记和清除两个阶段的效率都不高，因为这两个阶段都需要遍历内存中的对象，很多时候内存中的对象实例数量是非常庞大的，这无疑很耗费时间，而且GC时需要停止应用程序，这会导致非常差的用户体验。

2、空间问题。标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片（从上图可以看出），内存空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾回收动作。

既然标记/清除算法有这么多的缺点，那它还有存在的意义吗？别急，一个算法有缺陷，人们肯定会想办法去完善它，接下来的两个算法就是在标记/清除算法的基础上完善而来的。

复制算法

为了解决效率问题，复制算法出现了。复制算法的原理是：将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另一块内存上，然后把这一块内存所有的对象一次性清理掉。
回收前示意图：

回收前

回收后示意图：

回收后

复制算法存在问题：

复制算法每次都是对整个半区进行内存回收，这样就减少了标记对象遍历的时间，在清除使用区域对象时，不用进行遍历，直接清空整个区域内存，而且在将存活对象复制到保留区域时也是按地址顺序存储的，这样就解决了内存碎片的问题，在分配对象内存时不用考虑内存碎片等复杂问题，只需要按顺序分配内存即可。

复制算法简单高效，优化了标记/清除算法的效率低、内存碎片多的问题。但是它的缺点也很明显：

1、将内存缩小为原来的一半，浪费了一半的内存空间，代价太高；

2、如果对象的存活率很高，极端一点的情况假设对象存活率为100%，那么我们需要将所有存活的对象复制一遍，耗费的时间代价也是不可忽视的。

标记/整理算法

复制算法在对象存活率较高时要进行较多的复制操作，效率会变得很低，更关键的是，如果不想浪费50%的内存空间，就需要有额外的内存空间进行分配担保，以应对内存中对象100%存活的极端情况，因此，在老年代中由于对象的存活率非常高，复制算法就不合适了。根据老年代的特点，高人们提出了另一种算法：标记/整理算法。从名字上看，这种算法与标记/清除算法很像，事实上，标记/整理算法的标记过程任然与标记/清除算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行回收，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边线以外的内存。
回收前示意图：