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11 JVM 垃圾回收(上)

黑_子 2019-01-24 19:57:00 阅读数:186 评论数:0 点赞数:0 收藏数:0

引用计数法和可达性分析

垃圾回收,就是将已经分配出去的,但却不在使用的内存回收回来,以便再次分配。在 Java 虚拟机语境下,垃圾指的是死亡的对象所占据的堆空间。下面就总结一下如何如何辨别一个对象是否死亡。

引用计数法:为每一个对象添加一个引用计数器,用来统计指向该对象的引用个数。如果某个对象的引用计数器为 0,则说明该对象已经死亡,便可以被回收了。

通过引用计数法来标记对象的死亡和存活的过程中,我们需要截获所有引用更新操作,并且相应的增减目标对象的引用计数器。这种方式除了需要额外的空间来存储计数器,以及繁琐的更新操作,引用计数法还有一个重大的漏洞:无法处理循环引用对象。比如:对象 A,B 互相引用,但是除此之外没有其他引用指向 A 或者 B。这种情况下 A,B 其实已经死亡,但是因为存在引用,所以不会被垃圾回收,造成内存泄露。

可达性分析:将一系列 GC Roots 作为初始存活对象集合,然后从该集合出发,探索所有能够被该集合引用的对象,并将其加入到该集合中,这个过程就是标记。标记的对象就是存活对象,未标记到的就是死亡的对象。

什么是 GC Roots 呢?可以暂时理解为由堆外指向堆内的引用,常见的有以下几种:
1:Java 方法栈帧中的局部变量
2:已加载的类的静态变量
3:JNI handles
4:已启动且未停止的 Java 线程

可达性分析解决了引用计数法无法检测循环引用的问题,但是本身也有自己的问题需要解决。比如在多线程环境下,其他线程可能会更新已经访问过的对象中的引用,从而造成误报(将引用设置为 null)或者漏报(将引用设置为未被访问过的对象)。

误报:导致新产生的垃圾对象未被回收。
漏报:导致原程序访问已经被回收的对象,可能导致 Java 虚拟机直接崩溃。

Stop-the-world 以及安全点

为了解决上述问题,在 Java 虚拟机里,采用 Stop-the-world 方式,停止其他非垃圾回收线程的工作,直到完成垃圾回收。这也造就了垃圾回收所谓的暂停时间 GC pause。

Java 虚拟机中的 Stop-the-world 是通过安全点(safepoint)机制来实现的。当 Java 虚拟机收到 Stop-the-world 请求时,它便会等待所有的线程到达安全点,才允许请求 Stop-the-world 的线程进行独占的工作。

安全点的作用不是让线程停下,而是找到让线程找到一个稳定的执行状态。在这个状态下,Java 虚拟机的堆栈不会发生变化。这样,垃圾回收期便能够安全地执行可行性分析。

垃圾回收的三种方式

第一种:清除。
把死亡对象所占据的内存标记为空闲内存,并记录在一个空闲列表中。当需要创建对象时,内存管理块便会从该空闲列表中寻找空闲内存,并划分给新建对象。

这种方式简单明了,但是却有两个缺点。第一:造成内存碎片。由于 Java 虚拟机的堆中对象必须是连续分布的,因此可能出现总空闲内存足够,但是无法分配的极端情况。第二:分配效率低。如果是连续的内存空间,可以通过指针加法来做分配。而对于这种空闲列表,Java 虚拟机则需要住个访问列表中的项,来查找能够存放入新建对象的空闲内存。

第二种:压缩。
把存活的对象聚集到内存区域的起始位置,从而留下一段连续的内存空间。这种做法解决了内存碎片化的问题,但是代价却是压缩算法的性能开销。

第三种:复制。
内存区域分为两等分,分别用两个指针 from 和 to 来维护,并且只是用 from 指针指向的内存区域来分配内存。当发生垃圾回收时,把存活的对象复制到 to 指针指向的内存区域,并且交换 from 指针和 to 指针的内容。这种方法同样解决了内存碎片化的问题,但是堆空间的使用效率及其地下,只用到了一半。

问答

Q:可达性分析a与b互为引用,这不是死循环了吗,为什么能被回收的

因为可达性分析只标记可达的,如果a和b都不可达,那么可达性分析标记不到,就当成垃圾回收了。

Q:对于为什么需要stw机制的解释还是有的困惑。假如一个对象已经被标记为垃圾了,其它线程怎么还会有机会引用它呢?就算通过stw,把它标记并回收了,那想引用它的线程重新恢复执行了会发生什么?

GC标记的是活着的(能够被引用到的)对象,剩下的是垃圾。如果没有STW,其他线程在垃圾回收过程中产生了垃圾(某对象不再被引用),那么会被漏掉。

总结

本文创作灵感来源于 极客时间 郑雨迪老师的《深入拆解 Java 虚拟机》课程,通过课后反思以及借鉴各位学友的发言总结,现整理出自己的知识架构,以便日后温故知新,查漏补缺。

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