第九周作业

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胡江涛
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发布于: 2020 年 08 月 02 日
第九周作业
  1. 请简述JVM垃圾回收原理。

JVM ( Java Virtual Machine 虚拟机),它也是一个虚构出来的计算机,是通过在实际的计算机上仿真模拟各种计算机功能来实现的。JVM 有自己完善的硬件架构,如处理器、堆栈等,还具有相应的指令系统,其本质上就是一个程序,当它在命令行上启动的时候,就开始执行保存在某字节码文件中的指令。



Java 语言的可移植性就是建立在 JVM 的基础之上的,任何平台只要装有针对于该平台的 Java 虚拟机,字节码文件(.class)就可以在该平台上运行,这就是“一次编译,多次运行”。除此之外,作为 Java 语言最重要的特性之一的自动垃圾回收机制,也是基于 JVM 实现的。JVM的垃圾回收机制有几个关键点,如下。



垃圾判断算法如何判断哪些是垃圾

对非线程的对象来说,所有的活动线程都不能访问该对象,那么该对象就会变为垃圾。

引用计数器算法

一种简单的判断对象是否存活的算法,逻辑是这样的:给对象添加一个引用计数器,每当有一个引用指向它时,计数器加1,引用失效时,计数器减1。任何时刻计数器为0的对象即为“死亡对象”。

该算法实现简单,判断效率高,在大部分情况下是一个不错的算法。然而,这种算法并不能适用于所有的情况。一个简单的例子是:假设有两个对象存在一个类型为Object的属性,这两个对象之间存在相互引用关系,而除此之外又无任何其它引用,实际上这两个对象以及不能再被访问,但由于它们相互引用着对方,所以都不能被回收。



可达性分析法

这个算法的基本思路是基于一系列称为“GC Root”的对象作为起始点,从这些节点向下搜索,搜索过的路径成为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Root没有任何引用链相连时,证明此对象不可达。由此确定此对象为“死亡对象”。



垃圾回收算法如何进行垃圾回收

标记-清除算法

标记-清除(Tracing Collector)算法是最基础的收集算法,为了解决引用计数法的问题而提出。它使用了根集的概念,它分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出所需回收的对象,在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象,它的标记过程其实就是前面的可达性分析法中判定垃圾对象的标记过程。



优点:不需要进行对象的移动,并且仅对不存活的对象进行处理,在存活对象比较多的情况下极为高效。

缺点:标记和清除过程的效率都不高,这种方法需要使用一个空闲列表来记录所有的空闲区域以及大小,对空闲列表的管理会增加分配对象时的工作量;标记清除后会产生大量不连续的内存碎片,虽然空闲区域的大小是足够的,但却可能没有一个单一区域能够满足这次分配所需的大小,因此本次分配还是会失败,不得不触发另一次垃圾收集动作。

标记-整理算法

标记-整理(Compacting Collector)算法标记的过程与“标记-清除”算法中的标记过程一样,但对标记后出的垃圾对象的处理情况有所不同,它不是直接对可回收对象进行清理,而是让所有的对象都向一端移动,然后直接清理掉端边界以外的内存。在基于“标记-整理”算法的收集器的实现中,一般增加句柄和句柄表。



优点:经过整理之后,新对象的分配只需要通过指针碰撞便能完成,比较简单;使用这种方法,空闲区域的位置是始终可知的,也不会再有碎片的问题了。

缺点:GC 暂停的时间会增长,因为你需要将所有的对象都拷贝到一个新的地方,还得更新它们的引用地址。

复制算法

复制(Copying Collector)算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它将内存按容量分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块(对象面),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内存上面(空闲面),然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。



复制算法比较适合于新生代(短生存期的对象),在老年代(长生存期的对象)中,对象存活率比较高,如果执行较多的复制操作,效率将会变低,所以老年代一般会选用其他算法,如“标记-整理”算法。一种典型的基于复制算法的垃圾回收是stop-and-copy算法,它将堆分成对象区和空闲区,在对象区与空闲区的切换过程中,程序暂停执行。



优点:标记阶段和复制阶段可以同时进行;每次只对一块内存进行回收,运行高效;只需移动栈顶指针,按顺序分配内存即可,实现简单;内存回收时不用考虑内存碎片的出现。

缺点:需要一块能容纳下所有存活对象的额外的内存空间。因此,可一次性分配的最大内存缩小了一半。



分代收集算法

分代收集(Generational Collector)算法的将堆内存划分为新生代、老年代和永久代。新生代又被进一步划分为 Eden 和 Survivor 区,其中 Survivor 由 FromSpace(Survivor0)和 ToSpace(Survivor1)组成。所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配,其大小可以通过-Xmx-Xms来控制。分代收集,是基于这样一个事实:不同的对象的生命周期是不一样的。因此,可以将不同生命周期的对象分代,不同的代采取不同的回收算法进行垃圾回收,以便提高回收效率。

在分代收集算法中,对象的存储具有以下特点:

  1. 对象优先在 Eden 区分配。

  2. 大对象直接进入老年代。

  3. 长期存活的对象将进入老年代,默认为 15 岁。



垃圾回收器

垃圾回收(GC)线程与应用线程保持相对独立,当系统需要执行垃圾回收任务时,先停止工作线程,然后命令 GC 线程工作。以串行模式工作的收集器,称为Serial Collector,即串行收集器;与之相对的是以并行模式工作的收集器,称为Paraller Collector,即并行收集器。

Serial 收集器

串行收集器采用单线程方式进行收集,且在 GC 线程工作时,系统不允许应用线程打扰。此时,应用程序进入暂停状态,即 Stop-the-world。Stop-the-world 暂停时间的长短,是衡量一款收集器性能高低的重要指标。Serial 是针对新生代的垃圾回收器,采用“复制”算法。



ParNew 收集器

并行收集器充分利用了多处理器的优势,采用多个 GC 线程并行收集。可想而知,多条 GC 线程执行显然比只使用一条 GC 线程执行的效率更高。一般来说,与串行收集器相比,在多处理器环境下工作的并行收集器能够极大地缩短 Stop-the-world 时间。ParNew 是针对新生代的垃圾回收器,采用“复制”算法,可以看成是 Serial 的多线程版本.



Parallel Scavenge 收集器

Parallel Scavenge 是针对新生代的垃圾回收器,采用“复制”算法,和 ParNew 类似,但更注重吞吐率。在 ParNew 的基础上演化而来的 Parallel Scanvenge 收集器被誉为“吞吐量优先”收集器。吞吐量就是 CPU 用于运行用户代码的时间与 CPU 总消耗时间的比值,即吞吐量 = 运行用户代码时间 /(运行用户代码时间 + 垃圾收集时间)。如虚拟机总运行了 100 分钟,其中垃圾收集花掉 1 分钟,那吞吐量就是99%



Serial Old 收集器

Serial Old 是 Serial 收集器的老年代版本,单线程收集器,采用“标记-整理”算法。这个收集器的主要意义也是在于给 Client 模式下的虚拟机使用。



Parallel Old 收集器

Parallel Old 是 Parallel Scanvenge 收集器的老年代版本,多线程收集器,采用“标记-整理”算法。



CMS收集器

CMS(Concurrent Mark Swee)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。CMS 收集器仅作用于老年代的收集,采用“标记-清除”算法,它的运作过程分为 4 个步骤:

  • 初始标记(CMS initial mark)

  • 并发标记(CMS concurrent mark)

  • 重新标记(CMS remark)

  • 并发清除(CMS concurrent sweep)



G1 收集器

G1(Garbage First)重新定义了堆空间,打破了原有的分代模型,将堆划分为一个个区域。这么做的目的是在进行收集时不必在全堆范围内进行,这是它最显著的特点。区域划分的好处就是带来了停顿时间可预测的收集模型:用户可以指定收集操作在多长时间内完成,即 G1 提供了接近实时的收集特性。

G1 与 CMS 的特征对比如下:



通过垃圾判断方法对不同内存对象标记不同的状态(访问/不访问),然后再用不同的垃圾回收算法进行垃圾回收,同时垃圾回收器也视情况有多种选择。这样JVM完成了垃圾回收的功能。



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放肆才叫青春 2019.05.11 加入

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