JVM中的GC初識
GC簡介
何為GC
GC（Garbage Collection）稱之為垃圾回收，是對內存中的垃圾對象,采用一定的算法進行內存回收的一個動作。比方說，java中的垃圾回收會對內存中的對象進行遍歷，對存活的對象進行標記，其未標記對象可認為是垃圾對象，然後基於特定算法進行回收。
為何要學習GC
深入理解GC的工作機制，可以幫你寫出更好的Java應用，提高開發效率，同時也是進軍大規模應用開發的一個前提。
GC垃圾對象判定
引用計數法
這個算法是給每一個對象設置一個引用計數器，每當有一個地方引用這個對象的時候，計數器就加 1，與之相反，每當引用失效的時候就減 1。也就是以計數來判斷對象是否為垃圾。當某個對象的引用計數器的值為0時，表示這個對象不會在被實用，JVM中的GC被觸發時，可回收這個對象。如圖所示：
其中：
- 綠色雲朵是內存中的根對象，表示程序中正在使用的對象。
- 藍色圓圈是內存中的活動對象，其中的數字表示其引用計數。
- 灰色圓圈是內存中沒有活動對象引用的對象，表示非活動對象。
對於引用計數法，實現簡單，垃圾對應也便於識別。但也有一些缺陷，我們每個對象都需要有一個單獨的對象引用計數器，這個計數器的值還要經常更新，還有就是有一個最嚴重的循環引用問題，如圖所示：
其中紅色對象實際上是應用程序不使用的垃圾。但由於引用計數的限制，仍然存在內存泄漏。當然也有一些辦法來應來對這種情況, 例如 “弱引用”(‘weak’ references)或者使用其它的算法來排查循環引用等。
可達性分析法
這個算法的核心思路就是通過一系列的“GC Roots”對象作為起始點，從這些對象開始往下搜索，搜索所經過的路徑稱之為“引用鏈”。當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連的時候，證明此對象是可以被回收的。否則，證明這個對象有用，不是垃圾。如圖所示：
在GC遍歷(traverses)內存中整體的對象關系圖(object graph)時，首先要確定根對象,那什麼樣的對象可作為根對象呢？GC規范中指出根對象可以是：
1）Java 虛擬機棧中的引用對象；
2）本地方法棧中 JNI（既一般說的 Native 方法）引用的對象；
3）方法區中類靜態常量的引用對象；
4）方法區中常量的引用對象。
當確定瞭根對象以後，進而從根對象開始進行依賴查找，所有可訪問到的對象都認為是存活對象，然後進行標記（mark）。
說明：標記可達對象需要暫停所有應用線程, 以確定對象的引用關系。其暫停的時間, 與堆內存大小、對象的總數沒有直接關系, 而是由存活對象(alive objects)的數量來決定。
常見GC算法分析
標記清除
標記清除(Mark-Sweep)算法分為“標記”和“清除”階段，它首先會標記出內存中所有不需要回收的對象，然後從內存中清除所有未標記的對象。 如圖所示：
標記清除算法的的優點是簡單直接，缺點是效率低，並且可能會產生大量不連續的碎片。說它效率低是因為標記和清除兩個過程都需要掃描內存空間（第一次：標記存活對象，第二次：清除沒有標記的對象）。還有就是，清除後產生的大量不連續的內存碎片空間，無法滿足較大對象的存儲需求，這樣就可能會再次觸發垃圾回收。所以此垃圾回收算法，應該適合對象存活率較高的的內存區域(比方說JVM中的老年代)。
標記復制
標記復制（Mark-Copy）算法是將內存分為大小相同的兩塊，當這一塊使用完瞭，就把當前存活的對象復制到另一塊，然後一次性清空當前區塊。如圖所示：
“標記-復制”算法的缺點顯而易見，就是內存空間利用率低，適用於那些對象生命周期短、回收頻率高的內存區域（比方說JVM中的年輕代）。
標記整理
標記整理清除(Mark-Sweep-Compact)算法結合瞭“標記-清除”和“復制”兩個算法的優點。第一階段從根節點開始標記所有被引用對象，第二階段遍歷整個堆，把存活對象“壓縮”復制到堆的其中一塊空間中，按順序排放。第三階段清理掉存活邊界以外的全部內存空間。如圖所示：
系統GC時每次執行清除(sweeping)操作, JVM 都必須保證“不可達對象“占用的內存能被回收然後重用。內存是被回收瞭，但這有可能會產生大量的內存碎片(類似於磁盤碎片), 進而引發兩個問題:
- 對象創建時，執行寫入操作越來越耗時, 因為尋找一塊足夠大的空閑內存會變得更加麻煩。
- 對象創建時, JVM需要在連續的內存塊中為對象分配內存。如果碎片問題很嚴重, 直至沒有空閑片段能存放新創建的對象,就會發生內存分配錯誤(allocation error)。
為瞭解決碎片問題，JVM在啟動GC執行垃圾收集的過程中, 不僅僅是標記和清除, 還需要執行 “內存碎片整理”。這個過程會讓所有可達對象(reachable objects)進行依次移動,進而可以消除(或減少)內存碎片，並為新對象提供更大並且連續的內存空間。
標記整理算法避免瞭“標記-清除”的碎片問題，同時也避免瞭“復制”算法的空間問題,由於需要向一側移動等一系列操作，其效率相對低一些，但對內存空間管理上十分優異。適用於那些生命周期長、回收頻率低，但註重回收一次內存空間得到足夠釋放的場景。
分代回收
我們知道垃圾收集要停止整個應用程序的運行，那麼假如這個收集過程需要的時間很長，就會對應用程序產生很大性能問題，如何解決這個問題呢？通過實驗發現內存中的對象通常可以將其分為兩大類：
- 存活時間較短(這樣的對象比較多)。
- 存活時間較長(這樣的對象比較少)。
基於對如上問題的分析，科學傢提出瞭分代回收思路，將VM中內存分為年輕代(Young Generation)和老年代(Old Generation-老年代有時候也稱為年老區(Tenured)。例如：
Young區存儲的就是那些生命周期短，使用一兩次就不再使用的對象，回收一次基本上該區域十之有八的對象全部被回收清理掉，因此Young區采用的垃圾回收算法也就是“標記-復制”算法。Old區存儲的是那些生命周期長，經過多次回收後仍然存活的對象，就把它們放到Old區中，Old區一般不去判斷這些對象的可達性，直到Old區不夠用為止，再進行一次統一的回收，釋放出足夠的連續的內存空間。所以我們選擇“標記-清除”或“標記-整理”算法進行垃圾收集。
在分代回收過程中，垃圾收集事件(Garbage Collection events)通常分為:
- Minor GC （小型GC）：年輕代GC事件，(新對象)分配頻率越高, Minor GC 的頻率就越高。
- Major GC (大型GC): 老年代GC事件。
- Full GC （完全GC）:整個堆的GC事件。
說明：一般情況下可以將Major GC與Full GC看成是同一種GC。
章節面試分析
1)何為GC？
2)為什麼要GC？
3)如何判定內存中的對象是否為垃圾對象？
4)常用垃圾回收算法有哪些？
到此這篇關於JVM中的GC初識的文章就介紹到這瞭,更多相關初識JVM中的GC內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！