GC算法[通俗易懂]

2022-09-07 15:16:44 浏览数 (1)

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

JVM（Java Virtual Machine）

GC是什么？

  • 频繁收集 Young 区
  • 较少收集 Old 区
  • 基本不动 Perm 区

JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是指新生代，因此GC按照回收的区域又分了两种类型，一种是普通GC（minor GC），一种是全局GC（major GC or Full GC）

  • 普通GC（minor GC）：只针对新生代区域的GC
  • 全局GC（major GC or Full GC）：针对年老代的GC，偶尔伴随对新生代的GC以及对永久代的GC。

GC的三大算法

其实还有一种：引用计数法，但是不用了。

复制算法：MinorGC（普通GC）

年轻代中使用的是 Minor GC，这种GC算法采用的是复制算法（Copying）

Minor GC会把Eden中的所有活的对象都移到 Survivor 区域中，如果 Survivor区中放不下，那么剩下的活的对象就被移到Oldgeneration中，也即一旦收集后，Eden是就变成空的了。

当对象在Eden（包括一个 Survivor区域，这里假设是from区域）出生后，在经过一次 Minor GC后，如果对象还存活，并且能够被另外一块 Survivor区域所容纳（上面已经假设为from区域，这里应为to区域，即to区域有足够的内存空间来存储Eden和from区域中存活的对象），则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor区域（即to区域）中，然后清理所使用过的Eden以及 Survivor区域（即fom区域），并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在 Survivor区每熬过一次 Minor GC，就将对象的年龄 1，当对象的年龄达到某个值时（默认是15岁，通过 -XX:MaxTenuringThreshold 来设定参数），这些对象就会成为老年代。

解释： 年轻代中的GC，主要是复制算法（Copying） Hotspot JVM把年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个 Survivor区（分别叫from和to）。默认比例为8:1:1，一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区（一些大对象特殊处理），这些对象经过第一次 Minor GC 后，如果仍然存活，将会被移到Survivor区。对象在 Survivor区中每熬过一次 Minor GC ，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的（80%以上），所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片。 在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的 Survivor区，Survivor区”To“是空的。紧接着进行GC,Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值（年龄阈值，可以通过 -XX:MaxTenuringThreshold来设置）的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到 “To”区域。经过这次GC后，Eden区和“From”区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样，都会保证名为“To”的 Survivor区域是空的。Minor GC 会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满之后，会将所有对象移动到年老代中。

因为Eden区对象一般存活率较低，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区间，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%（From）的活动区间与另外80%中存活的对象转移到10%（To）的空闲区间，接下来，将之前90%的内存全部释放，以此类推 。

口诀：

谁空谁是 to，复制要交换。

总结：

  1. 优点：不会产生内存碎片，完整度极高。
  2. 缺点：浪费了这10%（To）的内存空间。

复制算法弥补了标记/清除算法中，内存布局混乱的缺点。不过与此同时，它的缺点也是相当明显的

  1. 它浪费了一半（1:1的这个一半，就是那10%）的内存，这太要命了。
  2. 如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视。所以从以上描述不难看出，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服50%内存的浪费。

标记清除/标记整理算法:FullGC又叫 MajorGC（全局GC)

老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现

标记清除（Mark-Sweep）

缺点：

  1. 首先，它的缺点就是效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序，这会导致用户体验非常差劲。
  2. 其次，主要的缺点则是这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，这点不难理解，我们的死亡对象都是随机的出现在内存的各个角落的，现在把它们清除之后，内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这一点，JVM 就不得不维持一个内存的空闲列表，这又是一种开销。而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。

标记整理（Mark-Compact）

注释：上面标记的是活的。

缺点：

  1. 标记/整理算法唯一的缺点就是效率也不高，不仅要标记所有存活对象，还要整理所有存活对象的引用地址。从效率上来说，标记/整理算法要低于复制算法。

小结：

  • 内存效率：复制算法>标记清除算法>标记整理算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）
  • 内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清除算法
  • 内存利用率：标记整理算法=标记清除算法>复制算法

可以看出，效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存，而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标，标记/整理算法相对来说更平滑一些，但效率上依然不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，又比标记/清除多了一个整理内存的过程。

难道就没有一种最优算法吗？

回答：无，没有最好的算法，只有最合适的算法。==========>分代收集算法（根据 JVM 不同的（新生、养老、永久）带，采用各自不同的算法）

面试题：

1. JVM内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么。

2. 堆里面的分区：Eden，survival from to，老年代，各自的特点。

3. GC的三种收集方法：标记清除、标记整理、复制算法的原理与特点，分别阐述。

4. Minor GC 与 Full GC 分别在什么时候发生。

发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/148274.html原文链接：https://javaforall.cn

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