第 9 周命题作业

请简述 JVM 垃圾回收原理



JVM 主要由类加载器，运行时数据区，执行引擎三部分组成。



其中运行时数据区包括:方法区，java栈，堆，程序计数寄存器四个部分。

方法区：主要存放从磁盘加载进来的类字节码。

堆：存放程序运行过程中创建的类实例。

方法区和堆是所有线程共享的。



java栈：存放方法运行期的局部变量

程序计数寄存器：存放当前线程执行到哪一行字节码指令。

java栈和程序计数寄存器是每个线程独享的。



JVM 垃圾回收回收的是堆中不用的对象。那么怎么知道哪些对象是不用的呢？JVM通过一种叫做可达性分析的算法进行识别。什么是可达性分析的算法呢？简单来说就是对象进行逐层标记，如果没有被标记到的对象就认为没有被引用，可以进行删除。那么从哪里开始进行逐层标记呢？JVM选择从java栈 栈帧的局部变量或者方法区的静态变量出发，先将这些变量引用的对象进行标记，然后看这些被标记的对象是否引用了其他对象，继续进行标记。就这样一级一级的进行查找标记，直到所有被引用的对象都被标记了，哪些剩下的没有被标记的对象就是可回收的垃圾对象了。



标记完成之后，JVM就会对没有任何引用的对象进行回收了。回收的算法主要由三种方式组成：清理，压缩和复制。



清理：并不真正进行清理，而是将没有引用的对象占用的内存空间标记为空闲，记录在一个空闲列表中。当需要创建一个新对象时，就从空闲列表中找一段空闲内存分配给这个对象。

压缩：从堆空间的头部开始，将有引用的对象拷贝在一段连续的内存空间中。其他的空间就是连续的空闲空间。

复制：将堆空间分成两部分，只在一部分创建对象，当这个部分空间用完的时候，将标记过的可用对象复制到另一个空间去。



在进行具体操作时，JVM会进行分代回收。那么什么是分代回收呢？简单来说，JVM将堆空间分为新生代（young）和 老年代（old）两个区域，新生代（young）又分为Eden区，From区，To区三个区域。JVM会根据策略，对这几个区域进行操作，完成回收内存的任务。



在具体实现上，JAVA的垃圾回收器分为5种

1. Serial 串行垃圾回收器：JVM早期的回收器，只有一个线程执行垃圾回收

2. Parallel 并行垃圾回收器：多线程执行垃圾回收，但是当回收线程工作时，必须要停止用户线程的工作，否则可能会导致对象引用标记错乱。因此这个过程又被称为stop the world。

3. CMS 并发垃圾回收器：在回收的某些阶段，回收线程和用户线程可以并发运作，因此对用户线程影响较小。

4. G1 垃圾回收器：将整个堆空间分成多个子区域，在这些子区域上各自独立进行垃圾回收。在回收过程中回收线程和用户线程并发运行。G1综合了以前几种垃圾回收器的优点，在JDK9 中被设为默认的垃圾回收器。

5. ZGC：新一代GC，在JDK11中被实验性的引入。ZGC的设计目标之一是stop the world 时间不超过10毫秒。

随着时间的发展JAVA的垃圾回收器利用多线程技术，通过对堆空间的精细划分，对用户程序的影响越来越小，性能越来越好。