作为一名Java编程者,想要往高级进阶,内存管理往往是避不开的环节,而 垃圾回收 以下简称GC(Garbage Collection)
机制作为内存管理最重要的一个部分,是我们必须要掌握的。今天就分享下我对 垃圾回收机制 与 分代回收策略 的理解.
一般来讲,在我们编程的过程中是会不断的往内存中写入数据的,而这些数据用完了要及时从内存中清理,否则会引发 OutOfMemory(内存溢出)
,所以每个编程者都必须遵从这一原则。 听说(我也不懂C语言~)在C语言阶段,
垃圾是需要编程者自己手动回收的,而我们Javaer相对来说就要幸福多了,因为JVM存在 GC机制
,也就是说JVM会帮我们自动清理垃圾,但幸福也是有代价的,因为总是会有些垃圾对象阴差阳错的避开 GC算法
,这一现象也称之为 内存泄漏
,所以只有掌握了GC机制才能避免写出内存泄漏的程序。
什么是引用计数呢?打个比方 A a = new A()
,代码中 A 对象被引用 a 所持有,此时引用计数就会 +1 ,如果 a 将引用置为 null 即 a = null
此时对象 A 的引用计数就会变为 0 ,GC算法检测到 A 对象引用计数为 0 就会将其回收。很简单,但引用计数存在一定弊端
A a = new A(); B b = new B(); a.next = b; b.next = a; a = null; b = null; 复制代码
执行完上述代码后 A 和 B 对象会被回收吗?看似引用都已经置为 null ,但实际上 a 和 b 的 next 分别持有对方引用,形成了一种相互持有引用的局面,导致 A 和 B 即使成了垃圾对象且不能被回收。有些同学可能会说,内存泄漏太容易看出来了, a 和 b 置空前将各自的 next 置为空不就完了。嗯,这样说没错,但是在实际业务中面对庞大的业务逻辑内存泄漏是很难一眼看出的。所以JVM在后来摒弃了引用计数,采用了可达性分析。
可达性分析其实是数学中的一个概念,在JVM中,会将一些特殊的引用作为 GcRoot ,如果通过 GcRoot 可以访达的对象不会被当作垃圾对象。换种方式说就是,一个对象被 GcRoot 直接 或 间接持有,那么该对象就不会被当作垃圾对象。用一张图表示大概就是这个样子:
图中 A、B、C、D可
以被 GcRoot 访达,所以不会被回收。 E、F
不能被 GcRoot 访达,所以会被标记为垃圾对象。最典型的是 G、H
,虽说相互引用,但不能被 GcRoot 访达,所以也会被标记为垃圾对象。综上所述: 可达性分析 可以解决 引用计数 中 对象相互引用 不能被回收的问题。
什么类型的引用可作为 GcRoot 呢。 大概有如下四种:
千万不要把引用和对象两个概念混淆,对象是实实在在存在于内存中的,而引用只是一个变量/常量并持有对象在内存中的地址指。
下面我来通过一些代码来验证几种 GcRoot
笔者是用Android代码进行调试,不懂Android的同学把 onCreate
视为 main
方法即可。
public class MyApp extends Application { @Override public void onCreate() { super.onCreate(); method(); } private void method(){ Log.i("test","method start"); A a = new A(); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } Log.i("test","method end"); } class A{ @Override protected void finalize() throws Throwable { Log.i("test","finalize A"); } } } 复制代码
finalize
打印结果如下:
17:58:57.526 method start 17:58:59.526 method end 17:58:59.591 finalize A 复制代码
method方法执行时间是2000毫秒, 对象A 在 method 方法结束立即被回收。所以可以认定栈中局部变量可作为 GcRoot
public class MyApp extends Application { private static A a; @Override public void onCreate() { super.onCreate(); Log.i("test","onCreate"); a = new A(); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } a = null; Log.i("test","a = null"); } } 复制代码
打印结果如下:
18:12:35.988 a = new A() 18:12:38.028 a = null 18:12:38.096 finalize A 复制代码
创建一个 A 对象赋值给静态变量 a , 2000毫秒后将静态变量 a 置为空。通过日志可以看出对象 A 在静态变量 a 置空后被立即回收。所以可以认定静态变量可作为 GcRoot
方法区常量与静态变量验证过程完全一致,关于native 验证过程比较复杂,感兴趣的同学可自行验证。
public class MyApp extends Application { @Override public void onCreate() { super.onCreate(); A a = new A(); B b = new B(); a.b = b; a = null; } class A{ B b; @Override protected void finalize() throws Throwable { Log.i("test","finalize A"); } } class B{ @Override protected void finalize() throws Throwable { Log.i("test","finalize B"); } } } 复制代码
打印结果如下:
13:14:58.999 finalize A 13:14:58.999 finalize B 复制代码
通过日志可以看出, A、B 两个对象都被回收。虽然 B 对象被 A 对象中的 b 引用所持有,但成员变量不能被作为 GcRoot , 所以 B 对象不可达,进而会被当作垃圾。
上一小结描述了 GC 机制,但具体实现还是要靠算法,下面我简单描述一下几种常见的 GC算法 。
获取所有的 GcRoot 遍历内存中所有的对象,如果可以被 GcRoot 就加个标记,剩下所有的对象都将视为垃圾被清除。
将内存分为两块,每次只是用其中一块。首先遍历所有对象,将可用对象复制到另一块内存中,此时上一块内存可视为全是垃圾,清理后将新内存块置为当前可用。如此反复进行
获取所有的 GcRoot , GcRoot 开始从遍历内存中所有的对象,将可用对象压缩到另一端,再将垃圾对象清除。实则是牺牲时间复杂度来降低空间复杂度
在JVM中 垃圾回收器 是很繁忙的,如果一个对象存活时间较长,避免重复 创建/回收 给 垃圾回收器 进一步造成负担,能不能牺牲点内存把它缓存起来? 答案是肯定的。JVM制定了 分代回收策略 为每个对象设置生命周期 ,堆内存会划分不同的区域,来存储各生命周期的对象。一般情况下对象的生命周期有 新生代、老年代、永久代(java 8已废弃) 。
首先来看新生代内存结构示意图:
按照8:1:1将新生代内存分为 Eden、SurvivorA、SurvivorB
新生代内存工作流程:
新生代工作流程与 复制算法 应用场景较为吻合,都是以复制为核心,所以会采用 复制算法 。
根据对 上一小节 我们可以得知 当一个对象存活时间较久会被存入到 老年代 区域。 老年代 区即将被存满时会做一次垃圾回收,
所以 老年代 区域特点是存活对象多、垃圾对象少,采用 标记压缩 算法时移动少、也不会产生内存碎片。所以 老年代 区域可以选用 标记压缩 算法进一步提升效率。
在我们开发程序的过程中,避免不了会创建一些比较大的对象,比如Android中用于承载像素信息的 Bitmap
,使用稍有不当就会造成内存泄漏,如果存在大量类似对象对内存影响还是蛮大的。
为了尽可能避免上述情况的出现,JVM为我们提供了四种对象引用方式: 强引用、软引用、弱引用、虚引用 供我们选择,下面我用一张表格来做一下类比
引用类型 | 回收时机 |
---|---|
强引用 | 绝不会被回收(默认) |
软引用 | 内存不足时回收 |
弱引用 | 第一次触发GC时就会被回收 |
虚引用 | 随时都会被回收,不存在实际意义 |
参考文献:《Android 工程师进阶 34 讲》 第二讲