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JVM內存管理:GC算法精解---分代搜集算法

編輯:關於JAVA

引言

何為終極算法?

其實就是現在的JVM采用的算法,並非真正的終極。說不定若干年以後,還會有新的終極算法,而且幾乎是一定會有,因為LZ相信高人們的能力。

那麼分代搜集算法是怎麼處理GC的呢?

對象分類

上一章已經說過,分代搜集算法是針對對象的不同特性,而使用適合的算法,這裡面並沒有實際上的新算法產生。與其說分代搜集算法是第四個算法,不如說它是對前三個算法的實際應用。

首先我們來探討一下對象的不同特性,接下來LZ和各位來一起給這些對象選擇GC算法。

內存中的對象按照生命周期的長短大致可以分為三種,以下命名均為LZ個人的命名。

1、夭折對象:朝生夕滅的對象,通俗點講就是活不了多久就得死的對象。

例子:某一個方法的局域變量、循環內的臨時變量等等。

2、老不死對象:這類對象一般活的比較久,歲數很大還不死,但歸根結底,老不死對象也幾乎早晚要死的,但也只是幾乎而已。

例子:緩存對象、數據庫連接對象、單例對象(單例模式)等等。

3、不滅對象:此類對象一般一旦出生就幾乎不死了,它們幾乎會一直永生不滅,記得,只是幾乎不滅而已。

例子:String池中的對象(享元模式)、加載過的類信息等等。

對象對應的內存區域

還記得前面介紹內存管理時,JVM對內存的劃分嗎?

我們將上面三種對象對應到內存區域當中,就是夭折對象和老不死對象都在JAVA堆,而不滅對象在方法區。

之前的一章中我們就已經說過,對於JAVA堆,JVM規范要求必須實現GC,因而對於夭折對象和老不死對象來說,死幾乎是必然的結局,但也只是幾乎,還是難免會有一些對象會一直存活到應用結束。然而JVM規范對方法區的GC並不做要求,所以假設一個JVM實現沒有對方法區實現GC,那麼不滅對象就是真的不滅對象了。

由於不滅對象的生命周期過長,因此分代搜集算法就是針對的JAVA堆而設計的,也就是針對夭折對象和老不死對象。

JAVA堆的對象回收(夭折對象和老不死對象)

有了以上分析,我們來看看分代搜集算法如何處理JAVA堆的內存回收的,也就是夭折對象與老不死對象的回收。

夭折對象:這類對象朝生夕滅,存活時間短,還記得復制算法的使用要求嗎?那就是對象存活率不能太高,因此夭折對象是最適合使用復制算法的。

小疑問:50%內存的浪費怎麼辦?

答疑:因為夭折對象一般存活率較低,因此可以不使用50%的內存作為空閒,一般的,使用兩塊10%的內存作為空閒和活動區間,而另外80%的內存,則是用來給新建對象分配內存的。一旦發生GC,將10%的活動區間與另外80%中存活的對象轉移到10%的空閒區間,接下來,將之前90%的內存全部釋放,以此類推。

為了讓各位更加清楚的看出來這個GC流程,LZ給出下面圖示。

URL:http://www.bianceng.cn/Programming/Java/201410/45823.htm

圖中標注了三個區域中在各個階段,各自內存的情況。相信看著圖,它的GC流程已經不難理解了。

不過有兩點LZ需要提一下,第一點是使用這樣的方式,我們只浪費了10%的內存,這個是可以接受的,因為我們換來了內存的整齊排列與GC速度。第二點是,這個策略的前提是,每次存活的對象占用的內存不能超過這10%的大小,一旦超過,多出的對象將無法復制。

為了解決上面的意外情況,也就是存活對象占用的內存太大時的情況,高手們將JAVA堆分成兩部分來處理,上述三個區域則是第一部分,稱為新生代或者年輕代。而余下的一部分,專門存放老不死對象的則稱為年老代。

是不是很貼切的名字呢?下面我們看看老不死對象的處理方式。

老不死對象:這一類對象存活率非常高,因為它們大多是從新生代轉過來的。就像人一樣,活的年月久了,就變成老不死了。

通常情況下,以下兩種情況發生的時候,對象會從新生代區域轉到年老帶區域。

1、在新生代裡的每一個對象,都會有一個年齡,當這些對象的年齡到達一定程度時(年齡就是熬過的GC次數,每次GC如果對象存活下來,則年齡加1),則會被轉到年老代,而這個轉入年老代的年齡值,一般在JVM中是可以設置的。

2、在新生代存活對象占用的內存超過10%時,則多余的對象會放入年老代。這種時候,年老代就是新生代的“備用倉庫”。

針對老不死對象的特性,顯然不再適合使用復制算法,因為它的存活率太高,而且不要忘了,如果年老代再使用復制算法,它可是沒有備用倉庫的。因此一般針對老不死對象只能采用標記/整理或者標記/清除算法。

方法區的對象回收(不滅對象)

以上兩種情況已經解決了GC的大部分問題,因為JAVA堆是GC的主要關注對象,而以上也已經包含了分代搜集算法的全部內容,接下來對於不滅對象的回收,已經不屬於分代搜集算法的內容。

不滅對象存在於方法區,在我們常用的hotspot虛擬機(JDK默認的JVM)中,方法區也被親切的稱為永久代,又是一個很貼切的名字不是嗎?

其實在很久很久以前,是不存在永久代的。當時永久代與年老代都存放在一起,裡面包含了JAVA類的實例信息以及類信息。但是後來發現,對於類信息的卸載幾乎很少發生,因此便將二者分離開來。幸運的是,這樣做確實提高了不少性能。於是永久代便被拆分出來了。

這一部分區域的GC與年老代采用相似的方法,由於都沒有“備用倉庫”,二者都是只能使用標記/清除和標記/整理算法。

回收的時機

JVM在進行GC時,並非每次都對上面三個內存區域一起回收的,大部分時候回收的都是指新生代。因此GC按照回收的區域又分了兩種類型,一種是普通GC(minor GC),一種是全局GC(major GC or Full GC),它們所針對的區域如下。

普通GC(minor GC):只針對新生代區域的GC。

全局GC(major GC or Full GC):針對年老代的GC,偶爾伴隨對新生代的GC以及對永久代的GC。

由於年老代與永久代相對來說GC效果不好,而且二者的內存使用增長速度也慢,因此一般情況下,需要經過好幾次普通GC,才會觸發一次全局GC。

結束語

GC的相關內容基本上就這些了,下一章我們一起探討一下具體的GC實現都有哪些。

作者:zuoxiaolong(左潇龍)

出處:博客園左潇龍的技術博客--http://www.cnblogs.com/zuoxiaolong

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