JVM 堆区划分原因及垃圾回收算法

大卷菜
118 阅读6分钟

前言

面试问到 感觉这块还不熟悉，做一个小总结。

在java中，程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的，而是由虚拟机自行执行。在JVM中，有一个垃圾回收线程，它是低优先级的，在正常情况下是不会执行的，只有在虚拟机空闲或者当前堆内存不足时，才会触发执行，扫描那些没有被任何引用的对象，并将它们添加到要回收的集合中，进行回收.

对象的生命周期 与 堆区的划分

对象会随着生命周期的结束而消亡，根据 IBM 的一个测试，有98% 的对象是朝生息死的。只有部分对象的生命周期会很长。所以将内存按照生命周期的长短划分为两个阶段--- 新生代、老年代。新生代每次经历一次垃圾回收机制后，新生代对象就会自增1，直到age到15之后就会进入老年代。然而这时候却出现了一个问题，在新生区满了进行一次垃圾回收之后，可能造成内存空间的不连续性，下次可能放入一个对象的时候，内存空间虽然是够的，但是由于内存空间的不连续性，导致对象放不下去，被逼无奈，只能放入空间大的老年区了，这时候造成一个问题，老年区因为这种情况，很容易被塞满，然后进行一次full GC ， 由于老年区空间非常大，Full gc 就会进行的比较缓慢，也会严重导致Java程序垃圾回收的效率，拖慢程序的运行。。将新生代区分为 Eden 区和 S 区，对新生代进行gc，新生代的Eden区存活下来移到s区，给Eden区留好空间，保证下次new的对象有足够的连续空间。但是问题又出现了 对新生代进行下一次gc的时候,S区又出现了内存的不连续性。JVM 设计者又将S区分为大小相等的两块 from 区和 to 区。以上对新生区进行第二次GC后，Eden区和from区存活的对象就会被复制到s区的to区域，然后清空Eden区和from区，清空Eden区和from区，避免了内存的不连续性的产生，下一轮from 和 to 交换角色，如此往复回收垃圾，如果对象age到达15岁，对象就会进入老年代中。这样设计既减缓了老年代full gc的频率，又解决了垃圾回收导致的内存不连续的问题。

image.png

Eden划分为什么要是 8 : 1 : 1 呢

在进行对象分配的的话，如果Eden内存是不够的，JVM 就会进行 Minor GC , gc 是一个线程么，线程会占用cpu资源，也就是说会占用其他线程的cpu资源。Eden 区越小，那么他就会频繁产生Minor GC,又因为 98% 对象是朝生息死的，jvm设计者将Eden区和from to 区 划分为 8 : 1 : 1的区域 保证了 每次存活对象空间与空闲对象空间占比为9：1.每次只会浪费10%的内存。如果存活的对象超过了survior空间的一半，就会触发老年代的担保策略，将对象分配到老年代。

永久代和元空间的区别

JDK在1.8的时候将永久代的实现替换为了元空间。

对于永久代来说，内存占用只能占用jvm内存。而对于元空间来说，则可以占用服务器内存。元空间有可能抢占堆的空间。元空间放的类信息。若项目很大的话，持久代的空间被占满了， 再没有配置 cms gc 的情况下，就会进行full gc。

对象进入老年区的条件

  • 满足同年对象达到Survivor空间一半的规则

垃圾回收算法

如何确定一个对象是垃圾？

引用计数法。

存在的问题：循环引用导致内存泄漏，内存泄漏导致内存危机。

public class ReferenceCountingGC {
    public Object instance = null;
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    /**
     * 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC日志中看清楚是否有回收过
     */
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];
    public static void testGC() {
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;
        objA = null;
        objB = null;
// 假设在这行发生GC，objA和objB是否能被回收？
        System.gc();
    }
}

由于两个对象互相引用，引用计数不为0，不会被进行垃圾回收，但是实验结果看到，对象被进行回收了，也说明jvm虚拟机并没有采用此方法判断对象是否已死。

可达性分析算法

通过 一种叫gcRoot的对象开始向下寻找，看某个对象是否可达。 image.png

image.png 可以作为gc root 的东西 ： 静态变量、常量、栈帧中的局部变量、类加载器、Thread、JNI、被同步锁持有的对象。本质是一组活跃的指针。

对象已死的时候，就是没必要执行finalize 方法的时候。

标记-清除算法

简单理解就是 找到 然后 扔掉

  • 标记 ： 找到所有的GC可达对象。
  • 清除 ： 递归遍历全堆，把所有没有被标记的对象全部清除掉。

很慢、内存碎片化。若并行执行的话，会出现不该回收被回收了的问题。所以出现了串行化，出现了 STOP THE WORLD（垃圾回收算法性能判断的指标）

image.png

标记-复制算法

它将可用 内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着 的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉 image.png 复制对象只需要移动对丁指针，按顺序分配，不需要考虑内存碎片化的问题。 空间浪费

标记-整理算法

整理算法：滑动整理，线性整理 image.png 所有存活的对象都向内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。

滑动整理

采用双指针算法，一个找空闲位置/垃圾位置，一个找存活对象，覆盖垃圾位置/空闲位置，直到两个指针碰到一起，其余清除。

线性整理

把相邻的存活对象整理在一起，不保证内存碎片是否产生。

分代收集算法

  • 新生代 ：采用标记-复制算法 复制的操作并不是很多。
  • 老年代 ：标记-清除(CMS)、标记-整理算法。对象存活率高、没有额外的方法对他进行空间分配担保。使用标记清除或者标记清理。
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