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JVM内存管理–GC算法精解(五分钟让你彻底明白标记/清除算法)

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原文出处: 左潇龙

相信不少猿友看到标题就认为LZ是标题党了,不过既然您已经被LZ忽悠进来了,那就好好的享受一顿算法大餐吧。不过LZ丑话说前面哦,这篇文章应该能让各位彻底理解标记/清除算法,不过倘若各位猿友不能在五分钟内看完,那就不是LZ的错啦。

好了,前面只是小小开个玩笑,让各位猿友放松下心情。下面即将与各位分享的,是GC算法中最基础的算法—— 标记/清除算法 。如果搞清楚这个算法,那么后面两个就完全是小菜一碟了。

首先,我们回想一下上一章提到的根搜索算法,它可以解决我们应该回收哪些对象的问题,但是它显然还不能承担垃圾搜集的重任, 因为我们在程序(程序也就是指我们运行在JVM上的JAVA程序)运行期间如果想进行垃圾回收,就必须让GC线程与程序当中的线程互相配合,才能在不影响程序运行的前提下,顺利的将垃圾进行回收

为了达到这个目的,标记/清除算法就应运而生了。 它的做法是当堆中的有效内存空间(available memory)被耗尽的时候,就会停止整个程序(也被成为stop the world),然后进行两项工作,第一项则是标记,第二项则是清除

下面LZ具体解释一下标记和清除分别都会做些什么。

标记:标记的过程其实就是,遍历所有的GC Roots,然后将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象。

清除:清除的过程将遍历堆中所有的对象,将没有标记的对象全部清除掉。

其实这两个步骤并不是特别复杂,也很容易理解。LZ用通俗的话解释一下标记/清除算法, 就是当程序运行期间,若可以使用的内存被耗尽的时候,GC线程就会被触发并将程序暂停,随后将依旧存活的对象标记一遍,最终再将堆中所有没被标记的对象全部清除掉,接下来便让程序恢复运行

下面LZ给各位制作了一组描述上面过程的图片,结合着图片,我们来直观的看下这一过程,首先是第一张图。

这张图代表的是程序运行期间所有对象的状态, 它们的标志位全部是0 (也就是未标记,以下默认0就是未标记,1为已标记),假设这会儿 有效内存空间耗尽 了,JVM将会停止应用程序的运行并开启GC线程,然后开始进行标记工作,按照根搜索算法,标记完以后,对象的状态如下图。

可以看到,按照根搜索算法,所有从root对象可达的对象就被标记为了存活的对象,此时已经完成了第一阶段标记。接下来,就要执行第二阶段清除了,那么清除完以后,剩下的对象以及对象的状态如下图所示。

可以看到,没有被标记的对象将会回收清除掉,而被标记的对象将会留下,并且会将标记位重新归0。接下来就不用说了,唤醒停止的程序线程,让程序继续运行即可。

其实这一过程并不复杂,甚至可以说非常简单,各位说对吗。不过其中有一点值得LZ一提,就是为什么非要停止程序的运行呢?

这个其实也不难理解,LZ举个最简单的例子,假设我们的程序与GC线程是一起运行的,各位试想这样一种场景。

假设我们刚标记完图中最右边的那个对象,暂且记为A,结果此时在程序当中又new了一个新对象B,且A对象可以到达B对象。但是由于此时A对象已经标记结束,B对象此时的标记位依然是0,因为它错过了标记阶段。因此当接下来轮到清除阶段的时候,新对象B将会被苦逼的清除掉。如此一来,不难想象结果,GC线程将会导致程序无法正常工作。

上面的结果当然令人无法接受,我们刚new了一个对象,结果经过一次GC,忽然变成null了,这还怎么玩?

到此为止,标记/清除算法LZ已经介绍完了,下面我们来看下它的缺点,其实了解完它的算法原理,它的缺点就很好理解了。

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 ,尤其对于交互式的应用程序来说简直是无法接受。试想一下,如果你玩一个网站,这个网站一个小时就挂五分钟,你还玩吗?

2、第二点主要的缺点,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即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。

看完它的缺点估计有的猿友要忍不住吐糟了,“这么说这个算法根本没法用嘛,那LZ还介绍这么个玩意干什么。”

猿友们莫要着急,一个算法有缺点,高人们自然会想尽办法去完善它的。而接下来我们要介绍的两种算法,皆是在标记/清除算法的基础上优化而产生的。具体的内容,下一次LZ再和各位分享。

本次的分享就到此结束了,希望各位看完都能有所收获,0.0。

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