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分类: Java

2016-06-29 13:26:01

java垃圾回收总结(2)

上一篇文章 介绍了jvm虚拟机运行时内存结构以及如何标识需要回收的对象,这一节主要讲解垃圾回收的基本算法。

基本上 jvm内存回收有三种 基本算法

  • 标记-清除

标记清除的算法最简单,主要是标记出来需要回收的对象,然后然后把这些对象在内存的信息清除。如何标记需要回收的对象,在上一篇文章里面已经有说明。

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  • 标记-清除-压缩

这个算法是在标记-清除的算法之上进行一下压缩空间,重新移动对象的过程。因为标记清除算法会导致很多的留下来的内存空间碎片,随着碎片的增多,严 重影响内存读写的性能,所以在标记-清除之后,会对内存的碎片进行整理。最简单的整理就是把对象压缩到一边,留出另一边的空间。由于压缩空间需要一定的时 间,会影响垃圾收集的时间。

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  • 标记-清除-复制

这个算法是吧内存分配为两个空间,一个空间(A)用来负责装载正常的对象信息,,另外一个内存空间(B)是垃圾回收用的。每次把空间A中存活的对象 全部复制到空间B里面,在一次性的把空间A删除。这个算法在效率上比标记-清除-压缩高,但是需要两块空间,对内存要求比较大,内存的利用率比较低。适用 于短生存期的对象,持续复制长生存期的对象则导致效率降低

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由于现在的处理器都是多核的,处理器的性能得到了极大的提升,所以在此基础上有产生了几种垃圾收集算法。主要包括两种算法

  • 并行标记清除

所谓并行,就是原来垃圾回收只是一个线程进行。现在创建多个垃圾回收线程。并行的进行标记和清除。比如把需要标记的对象平均分配到多个线程之后,当标记完成之后,多个线程进行清除。

 

  • 并发标记清除

所谓并发,就是应用程序和垃圾回收可以同时执行。在标记清除算法中,在标记对象和清除对象,以及压缩对象的情况下是需要暂停应用的。那么并行标记清除压缩算法则是在标记清除压缩算法的基础上,把标记清除压缩算法分为以下几个过程

初始标记->并发标记->重新标记->并发清除->重置

 

以上几种算法是垃圾回收的基本算法,jvm垃圾回收就是在以上几种算法为基础的,在以上几种算法的基础上,java垃圾回收器可以分为以下几种:

  • 串行收集器

用单线程处理所有垃圾回收工作,因为无需多线程交互,所以效率比较高。但是,也无法使用多处理器的优势,所以此收集器适合单处理器机器

单线程收集器。在目前多核服务器端运行的情况下,效率比较低。比较适合堆内存小的情况下使用。

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  • 并行收集器

用多线程处理所有垃圾回收工作,利用多核处理器的优势。但是如果线程数量过多,导致线程之间频繁调度,也会影响性能。一半并行收集的线程是处理器的个数。

“对吞吐量有高要求”,多CPU、对应用响应时间无要求的中、大型应用。举例:后台处理、科学计算。

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  • 并发收集器

并发收集器主要减少年老代的暂停时间,他在应用不停止的情况下使用独立的垃圾回收线程,跟踪可达对象。在每个年老代垃圾回收周期中,在收集初期并发 收集器 会对整个应用进行简短的暂停(初始标记的过程),在收集中还会再暂停一次。第二次暂停会比第一次稍长(重新标记的过程),在此过程中多个线程同时进行垃圾 回收工作。

并发收集器使用处理器换来短暂的停顿时间。在一个N个处理器的系统上,并发收集部分使用K/N个可用处理器进行回收,一般情况下1<=K<=N/4。

在只有一个处理器的主机上使用并发收集器,设置为incremental mode模式也可获得较短的停顿时间。

浮动垃圾:由于在应用运行的同时进行垃圾回收,所以有些垃圾可能在垃圾回收进行完成时产生,这样就造成了“Floating Garbage”,这些垃圾需要在下次垃圾回收周期时才能回收掉。所以,并发收集器一般需要20%的预留空间用于这些浮动垃圾。

Concurrent Mode Failure:并发收集器在应用运行时进行收集,所以需要保证堆在垃圾回收的这段时间有足够的空间供程序使用,否则,垃圾回收还未完成,堆空间先满了。这种情况下将会发生“并发模式失败”,此时整个应用将会暂停,进行垃圾回收。

并发收集器,在垃圾回收的时候采用并发标记清除算法的收集器

对响应时间要求高的,多CPU,大型应用。比如页面请求/web服务器。前端业务系统用的比较多。

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我们以sun公司的hotspot虚拟机为例,hotspot采用的是分代回收算法,因为根据经验,一般80%的对象就是朝生夕灭,对象的生命期都 很短。而根据对象的生命周期不同,可以划分出来几个区域,一部分区域的对象创建比较频繁,但是生命周期比较短,一部分区域对象生命周期比较长,还有一部分 区域对象生命周期几乎和java虚拟机相同。

sunspot堆内存分为三个区域:

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  • 新生代(Young)

新生代包括两个区:Eden区和Survivor区,其中Survivor区一般也分成两块,简称Survivor1 Space 和 Survivor2 Space (或者From Space 和 To Space)。新生代通常存活时间较短,因此基于标记清除复制算法来进行回收,扫描出存活的对象,并复制到一块新的完全未使用的空间中,对应于新生代,就 是在Eden和From或To之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发,指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置,当有新的对象要分 配内存时,用于检查空间是否足够,不够就触发GC。当连续分配对象时,对象会逐渐从eden到Survior,最后到旧生代。

可以采用串行处理和并行处理器

  • 老年代(Old)

在垃圾回收多次,如果对象仍然存活,并且新生代的空间不够,则对象会存放在老年代。

在老年代采用的是 标记清除压缩算法。因为老年代的对象一般存活时间比较长,每次标记清除之后,会有很多的零碎空间,这个就是所谓的浮动垃圾。当老年代的零碎空间不足以分配一个大的对象的时候,就会采用压缩算法。在压缩的时候,应用需要暂停。

可以采用串行处理,并行处理器,以及并发处理器。

  • 持久代(Permanent)

这部分空间主要存放java方法区的数据以及启动类加载器加载的对象。这一部分对象通常不会被回收。所以持久代空间在默认的情况下是不会被垃圾回收的。

 

由于把内存空间分为三块,一般把新生代的GC称为minor GC ,把老年代的GC成为 full GC,所谓full gc 会先出发一次minor gc,然后在进行老年代的GC。

具体的过程如下:

首先想eden区申请分配空间,如果空间够,就直接进行分配,否则进行一次Minor GC。minor GC 首先会对Eden区的对象进行标记,标记出来存活的对象。然后把存活的对象copy到From空间。如果From空间足够,则回收eden区可回收的对 象。如果from内存空间不够,则把From空间存活的对象复制到To区,如果TO区的内存空间也不够的话,则把To区存活的对象复制到老年代。如果老年 代空间也不够(或者达到触发老年年垃圾回收条件的话)则触发一次full GC。

简单方向就是Eden->From->To->Old,如下图所示。

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