常見的垃圾回收機制

来源:https://www.cnblogs.com/daydreamer-fs/archive/2022/10/01/16747958.html
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如何工作 在某些 Java 虛擬機中,堆的實現截然不同:它更像一個傳送帶,每分配一個新對象,它就向前移動一格。 這意味著對象存儲空間的分配速度特別快。Java 的"堆指針"只是簡單地移動到尚未分配的區域,所以它的效率與 C++ 在棧上分配空間的效率相當 垃圾回收器工作時,一邊回收記憶體,一邊使堆中的對 ...


如何工作

在某些 Java 虛擬機中,堆的實現截然不同:它更像一個傳送帶,每分配一個新對象,它就向前移動一格。

這意味著對象存儲空間的分配速度特別快。Java 的"堆指針"只是簡單地移動到尚未分配的區域,所以它的效率與 C++ 在棧上分配空間的效率相當

垃圾回收器工作時,一邊回收記憶體,一邊使堆中的對象緊湊排列,這樣堆指針就可以更容易的移動到空閑區域的位置上

垃圾收集器在分配存儲空間的同時會將對象重新排列,由此實現一個高速的、有無限空閑空間的堆模型。

  1. 對象可能不被垃圾回收
  2. 垃圾回收不等於析構
  3. 垃圾回收只與記憶體有關
    • 無論是“垃圾回收”還是“終結” ,都不一定保證會發生;
    • 如果java虛擬機(JVM)並未面臨記憶體耗盡的情況,它可能不會浪費時間執行垃圾回收以恢復記憶體

finalize()方法 (有個大概印象即可)

finalize()方法

需要使用finalize()的特殊情況:你創建的對象不是通過new來分配記憶體的,而垃圾回收器只知道如何釋放用new創建的對象記憶體。java允許在類中定義一個名為finalize()的方法(繼承與Object)來處理這種情況

finalize()方法 的使用案例

釋放 通過某種創建對象方式之外的方式 為對象分配的存儲空間

解釋:上邊的情況 主要發生在使用本地方法的情況下,本地方法主要支持C/C++,這也許會調用C的malloc()函數來分配空間,這時,如果沒用調用free()方法主動釋放malloc到的空間,就會造成記憶體泄漏,所以需要在finalize()方法中調用free

終結條件

安全的標記對象是否可以被終結,例如下例 要銷毀未被登記的Book對象時,報錯

System.gc();強制終結

class Book{
    boolean checkedOut = false;

    public Book(boolean checkOut) {
        this.checkedOut = checkOut;
    }

    void checkIn(){
        this.checkedOut = false;
    }

    @Override
    protected void finalize()throws Throwable{
        //只有登記過的 才能被刪除 這就可以作為終結的條件
        if(checkedOut){
            System.out.println("ERROR: checked out");
        }
        // Normally, you'll also do this: 
        // super.finalize(); // Call the base-class version
    }
}

public class JavaTest{
    @Test
    public void test8() throws InterruptedException {
        Book book = new Book(true);
        book.checkIn();

        new Book(true);

        System.gc();

        Thread.sleep(1000);
    }

}

垃圾回收機制

引用計數

原理:每個對象中都有一個引用計數器,每當有引用指向該對象時,引用計數器+1;當引用離開作用域或是被置為null時,引用計數器-1;如果發現某個對象的引用計數為0時,就釋放其空間(引用計數器模式經常會在計數器為0時立即釋放對象)

特點

  1. 簡單

  2. 速度慢(開銷不大,但在整個生命周期頻繁發生的負擔

    在每次記憶體對象被引用或引用被銷毀的時候都必須修改引用計數,這類操作被稱為footprint。引用計數的footprint是很高的。這使得程式整體的性能受到比較大的影響

  3. 出現迴圈引用時會出問題(應該被回收,但沒有)

  4. .btw:"引用計數通常用於解釋垃圾收集的工作方式,但它似乎並沒有出現在任何JVM實現中"

更快的策略依據

對於任何沒有被廢棄的對象,最終都能追溯到它存活在靜態存儲區中的引用

因此,如果從棧和靜態存儲區開始遍歷所有引用(包括對象內部的),就能找到所有存活的對象

匿名對象的相關思考:我們通常將匿名對象作為方法參數傳遞,func(new B()),在該方法中,B對象被關聯了引用

所以,遍歷所有的引用即可得到所有“活”的對象,然後再去遍歷這些對象中的引用,如此反覆,就能得到一個對象網路,其中的對象就都是 活 的;

迴圈引用示例
class A{
  public B b;
}
class B{
  public A a;
}
public class Main{
    public static void main(String[] args){
    A a = new A();	// A對象被引用 A對象計數器+1
    B b = new B();	// B對象被引用 B對象計數器+1
    a.b=b;			// B對象被引用 B對象計數器+1
    b.a=a;			// A對象被引用 A對象計數器+1
    }
}

上例 當棧上的引用遍歷到a,發現a對象中有個B對象的引用,指向b,這個b引用中又有個A的引用 又指向a 如此迴圈 根本找不到活的對象

這樣也解決了迴圈引用問題,迴圈引用的對象不會被髮現

停止-複製(stop-and-copy)

原理先暫停程式的運行,然後將所有存活的對象從當前堆複製到另一個堆,沒有被覆制的就是需要垃圾回收的,而且,當對象被覆制到新堆後,他們緊湊排列的,一個挨著一個

特點

  1. 解決了迴圈引用的問題(迴圈引用的對象不會被髮現)
  2. 非後臺回收模式(需要在程式暫停的情況下進行)
  3. 相對較快
  4. 效率低下
    • 得有兩個堆:還得在這兩個分離的堆之間來回折騰,得維護比實際多一倍的空間

      • 某些jvm的解決方式:按需在堆中分配幾塊較大的記憶體,複製動作就發生在這大記憶體間
    • 複製本身:一旦程式進入穩定狀態,可能只會產生少量垃圾,甚至沒有,就算是這,複製回收器也得將所有 記憶體從一處複製到另一處,太浪費了

      • 某些JVM的解決方式:進行檢查,要是沒有新的垃圾產生,就會轉換到“標記-清掃"模式(SUN公司早期JVM一直在用)。對一般用途,這種方法很慢,但當程式只會產生少量或者不產生垃圾,他速度就很快了
      • 切換到標記清掃方式清理

標記-清掃

原理:標記:從棧和靜態存儲區出發,遍歷所有引用,找出所有“活”對象,每找到一個,就給對象一個標記,直到遍歷完所有對象;清掃:沒有被標記的對象將被清理。

特點

  1. 解決了迴圈引用的問題(迴圈引用的對象不會被髮現)
  2. 相比停止-複製 較為高效(不會有任何複製動作)
  3. 非後臺回收模式(需要在程式暫停的情況下進行)
  4. 處理完後剩下的堆空間是不連續的
    • 垃圾回收器若希望得到連續的空間,就需要整理剩下的未被清理的對象

補充:標記-整理

原理:標記:從棧和靜態區域出發,遍歷所有引用,對遍歷過程中得到的活的對象進行標記;整理:將標記過的對象,把他們從記憶體開始的地方按照順序依次擺放好,中間沒有任何縫隙,在擺放完最後一個對象後,對後面的記憶體區域直接回收。

JVM中的塊(感覺像是年齡分代)

  • 記憶體分配以較大的"塊"為單位,較大的對象會單獨占一個塊。
  • 塊用年代數來記錄自己是否存活,若塊被引用,年代數+1。
  • 垃圾回收器會對上一次回收過後 新分配的塊進行整理
  • 垃圾回收器定期會清理
    • 含有小對象的那些塊將被覆制、整理
    • 大型對象 不會被覆制(只有年代數會增加)

補充:分代收集演算法

摘自JavaGuide

當前虛擬機的垃圾收集都採用分代收集演算法,這種演算法沒有什麼新的思想,只是根據對象存活周期的不同將記憶體分為幾塊。一般將 java 堆分為新生代和老年代,這樣我們就可以根據各個年代的特點選擇合適的垃圾收集演算法。

比如在新生代中,每次收集都會有大量對象死去,所以可以選擇”標記-複製“演算法,只需要付出少量對象的複製成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的對象存活幾率是比較高的,而且沒有額外的空間對它進行分配擔保,所以我們必須選擇“標記-清除”或“標記-整理”演算法進行垃圾收集。

標記清掃與停止複製的切換機制(自適應)

如果對象一個個的都很穩定,此時如果垃圾回收效率降低了,就會切換到“標記-清掃”模式,以提高垃圾回收的效率,(此時jvm持續監視) 如果堆中的碎片多了,那麼就趕緊切換回“停止-複製”模式,以真整理堆空間,保持堆的高速運轉。

HotSpot技術

java執行步驟

image

即時編譯技術(Just-in Time JIT)

想要瞭解更多請移步什麼是JIT?怎麼優化? - 知乎 (zhihu.com)

熱點代碼分為兩類:

  • 多次調用的方法
  • 多次執行的迴圈體,實際上也會以整個方法作為編譯對象

如何判斷熱點代碼請看原文

可以把 全部或部分 程式 直接翻譯為本地機器碼,這就省去了JVM翻譯,所以運行更快

為什麼不能用這個技術 編譯所有代碼?

  • 這個技術貫穿整個程式的生命周期,累加起來慢的要死
  • 會增加可執行代碼的長度(位元組碼要比即時編譯器展開後的本地機器碼小很多),導致頁面調度,使程式運行變慢
  • 即時編譯時以方法為單位的,如果編譯出來的代碼運行不了幾次,就白編譯了
惰性評估

即時編譯器只有在必要時,才編譯代碼

這樣,從未被執行的代碼也許就壓根不會被 JIT 編譯。

新版 JDK 中的 Java HotSpot 技術就採用了類似的做法,代碼每被執行一次就優化一些,所以執行的次數越多,它的速度就越快。

逃逸分析技術

請移步至深入理解Java中的逃逸分析

逃逸分析的基本行為就是分析對象動態作用域:當一個對象在方法中被定義後,它可能被外部方法所引用,例如作為調用參數傳遞到其他地方中,稱為方法逃逸。


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