Java GC演算法

標籤：.net   導致   reference   行合并   nbsp   最大   存在   類型   free   

轉自：http://blog.csdn.net/heyutao007/article/details/38151581

1、JVM記憶體組成結構

JVM記憶體結構由堆、棧、本地方法棧、方法區等部分組成，結構圖如下所示：

 

1)堆


所有通過new建立的對象的記憶體都在堆中分配，其大小可以通過-Xmx和-Xms來控制。堆被劃分為新生代和舊生代，新生代又被進一步劃分為Eden和Survivor區，Survivor由FromSpace和ToSpace組成，結構圖如下所示：




新生代。建立的對象都是用新生代分配記憶體，Eden空間不足的時候，會把存活的對象轉移到Survivor中，新生代大小可以由-Xmn來控制，也可以用-XX:SurvivorRatio來控制Eden和Survivor的比例。


舊生代用於存放新生代中經過多次記憶體回收(也即Minor GC)仍然存活的對象


2)棧


每個線程執行每個方法的時候都會在棧中申請一個棧幀，每個棧幀包括局部變數區和運算元棧，用於存放此次方法調用過程中的臨時變數、參數和中間結果


3)本地方法棧


用於支援native方法的執行，儲存了每個native方法調用的狀態


4)方法區

存放了要載入的類資訊、靜態變數、final類型的常量、屬性和方法資訊。JVM用持久代(或者叫做永久代，PermanetGeneration)來存放方法區，可通過-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize來指定最小值和最大值。

 

在過去（自訂類載入器還不是很常見的時候），類大多是”static”的，很少被卸載或收集，因此被稱為“永久的(Permanent)”。同時，由於類class是JVM實現的一部分，並不是由應用建立的，所以又被認為是“非堆(non-heap)”記憶體。


在JDK8之前的HotSpot JVM，存放這些”永久的”的地區叫做“永久代(permanent generation)”。永久代是一片連續的堆空間，在JVM啟動之前通過在命令列設定參數-XX:MaxPermSize來設定永久代最大可分配的記憶體空間，預設大小是64M（64位JVM由於指標膨脹，預設是85M）。永久代的垃圾收集是和老年代(old generation)捆綁在一起的，因此無論誰滿了，都會觸發永久代和老年代的垃圾收集。不過，一個明顯的問題是，當JVM載入的類資訊容量超過了參數-XX：MaxPermSize設定的值時，應用將會報OOM的錯誤。

 

永久代在JDK8中被完全的移除了。所以永久代的參數-XX:PermSize和-XX：MaxPermSize也被移除了。

在JDK8中,classe metadata(the virtual machines internal presentation of Java class),被儲存在叫做Metaspace的native memory。一些新的flags被加入：
-XX:MetaspaceSize，class metadata的初始空間配額，以bytes為單位，達到該值就會觸發垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對該值進行調整：如果釋放了大量的空間，就適當的降低該值；如果釋放了很少的空間，那麼在不超過MaxMetaspaceSize（如果設定了的話），適當的提高該值。
-XX：MaxMetaspaceSize，可以為class metadata分配的最大空間。預設是沒有限制的。
-XX：MinMetaspaceFreeRatio,在GC之後，最小的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少為class metadata分配空間導致的垃圾收集
-XX:MaxMetaspaceFreeRatio,在GC之後，最大的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少為class metadata釋放空間導致的垃圾收集

預設情況下，class metadata的分配僅受限於可用的native memory總量。可以使用MaxMetaspaceSize來限制可為class metadata分配的最大記憶體。當class metadata的使用的記憶體達到MetaspaceSize(32位clientVM預設12Mbytes,32位ServerVM預設是16Mbytes)時就會對死亡的類載入器和類進行垃圾收集。設定MetaspaceSize為一個較高的值可以延遲垃圾收集的發生。

 

介紹完了JVM記憶體組成結構，下面我們再來看一下JVM記憶體回收機制。

2、java GC基本演算法

 

2.1、引用計數（reference counting）
    原理：此對象有一個引用，則+1；刪除一個引用，則-1。只用收集計數為0的對象。
    缺點： （1）無法處理循環參考的問題。如：對象A和B分別有欄位b、a，令A.b=B和B.a=A，除此之外這2個對象再無任何引用，那實際上這2個對象已經不可能再被訪問，但是引用計數演算法卻無法回收他們。（2）引用計數的方法需要編譯器的配合。編譯器需要為此對象產生額外的代碼。如賦值函數將此對象賦值給一個引用時，需要增加此對象的引用計數。還有就是，當一個引用變數的生命週期結束時，需要更新此對象的引用計數器。

引用計數的方法由於存在顯著的缺點，實際上並未被JVM所使用。


2.2、複製（copying）
    原理：把記憶體空間劃分為2個相等的地區，每次只使用一個地區。記憶體回收時，遍曆當前使用地區，把正在使用的對象複製到另外一個地區。
    優點：不會出現片段問題。
    缺點：
（1）暫停整個應用。
（2）需要2倍的記憶體空間。


2.3、標記-清掃（Mark-and-sweep）
    原理：對於“活”的對象，一定可以追溯到其存活在堆棧、靜態儲存區之中的引用。這個引用鏈條可能會穿過數個對象層次,演算法基於有向圖，採用深度優先搜尋。
第一階段：從GC roots開始遍曆所有的引用，對有活的對象進行標記。
第二階段：對堆進行遍曆，把未標記的對象進行清除。
優點：解決了循環參考的問題。
    缺點：
（1）暫停整個應用；
（2）會產生記憶體片段。
（3）不管你這個對象是不是可達的，即是不是垃圾，都要在清楚階段被檢查一遍，非常耗時.

 

sun前期版本就是用這個技術。

2.4、標記-壓縮（Mark-Compact）
    第一階段：同標記-清掃，標記活的對象，
第二階段：這個階段將所有做了標記的使用中的物件整理到堆的底部
    優點：
（1）避免標記掃描的片段問題；
（2）避免停止複製的空間問題。


2.5、分代（generational collecting）  
原理：基於對象生命週期分析得出的記憶體回收演算法。把對象分為年輕代、年老代、持久代，對不同的生命週期使用不同的演算法（2-3方法中的一個即4自適應）進行回收。

 

J2SE1.2以後使用此演算法  

 

JVM分別對新生代和舊生代採用不同的記憶體回收機制


2.5.1、新生代的GC（Minor GC）：


指發生在新生代的垃圾收集動作，因為 Java 對象大多都具備朝生夕滅的特性，所以 Minor GC 非常頻繁，一般回收速度也比較快。


新生代通常存活時間較短，因此基於Copying演算法來進行回收，所謂Copying演算法就是掃描出存活的對象，並複製到一塊新的完全未使用的空間中，對應於新生代，就是在Eden和FromSpace或ToSpace之間copy。新生代採用空閑指標的方式來控制GC觸發，指標保持最後一個分配的對象在新生代區間的位置，當有新的對象要分配記憶體時，用於檢查空間是否足夠，不夠就觸發GC。當連續指派至時，對象會逐漸從eden到survivor，最後到舊生代，




2.5.2、舊生代的GC（Major GC  / Full GC）：


指發生在老年代的 GC。舊生代與新生代不同，對象存活的時間比較長，比較穩定，因此採用標記(Mark)演算法來進行回收，所謂標記就是掃描出存活的對象，然後再進行回收未被標記的對象，回收後對用空出的空間要麼進行合并，要麼標記出來便於下次進行分配，總之就是要減少記憶體片段帶來的效率損耗。


MajorGC 的速度一般會比 Minor GC 慢 10倍以上。


Thinking in java給java gc取了一個羅嗦的稱呼：“自適應、分代的、停止-複製、標記-掃描”式的記憶體回收行程。


導致Gc的情況：
1、tenured被寫滿
2、perm被寫滿
3、System.gc()的顯式調用。
4、上一次GC之後heap的各域分配策略動態變化。

Java GC演算法