垃圾回收算法以及垃圾回收器

以下是我們的垃圾收集手冊中的一個示例，該手冊將在接下來的幾周內(nèi)發(fā)布。 同時，花點時間熟悉垃圾收集的基礎(chǔ)知識-這將是本書的第一章。

乍一看，垃圾收集應(yīng)該處理顧名思義的問題–查找并丟棄垃圾。 實際上，它所做的恰恰相反。 垃圾收集正在跟蹤所有仍在使用的對象，并將其余對象標(biāo)記為垃圾。 牢記這一點，我們開始深入研究如何為Java虛擬機(jī)實現(xiàn)稱為“垃圾回收”的自動內(nèi)存回收過程。

手動內(nèi)存管理

在我們以現(xiàn)代形式開始介紹Garbage Collection之前，讓我們快速回顧一下過去，您不得不手動，顯式分配和釋放數(shù)據(jù)存儲空間。 而且，如果您忘記釋放它，則將無法重用該內(nèi)存。 該內(nèi)存將被聲明但未被使用。 這種情況稱為內(nèi)存泄漏 。

這是一個使用C語言編寫的，使用手動內(nèi)存管理的簡單示例：

int send_request() {size_t n = read_size();int *elements = malloc(n * sizeof(int));if(read_elements(n, elements) < n) {// elements not freed!return -1;}// …free(elements)return 0; }

如我們所見，忘記釋放內(nèi)存是很容易的。 內(nèi)存泄漏曾經(jīng)是比現(xiàn)在更常見的問題。 您只能通過修復(fù)代碼來真正打敗他們。 因此，更好的方法將是自動回收未使用的內(nèi)存，從而完全消除人為錯誤的可能性。 這種自動化稱為垃圾收集 （或簡稱GC）。

智能指針

自動進(jìn)行垃圾收集的第一種方法是基于引用計數(shù)。 對于每個對象，您只知道它被引用了多少次，并且當(dāng)計數(shù)達(dá)到零時，就可以安全地回收該對象。 一個眾所周知的例子是C ++的共享指針：

int send_request() {size_t n = read_size();stared_ptr<vector<int>> elements = make_shared(new vector<int>());if(read_elements(n, elements) < n) {return -1;}return 0; }

我們正在使用的shared_ptr會跟蹤對其的引用數(shù)。 此數(shù)字隨著您的傳遞而增加，隨著其離開范圍而減小。 一旦引用數(shù)量達(dá)到零， shared_ptr就會自動刪除基礎(chǔ)向量。

自動內(nèi)存管理

在上面的C ++代碼中，我們?nèi)匀槐仨毭鞔_地說出何時需要進(jìn)行內(nèi)存管理。 但是，如果我們可以使所有對象以這種方式表現(xiàn)呢？ 這將非常方便，因為開發(fā)人員可能不再需要考慮自己清理。 運行時將自動了解不再使用某些內(nèi)存，并將其釋放。 換句話說，它會自動收集垃圾 。 1959年，第一個垃圾收集器出現(xiàn)在Lisp那里，從那時起，這項技術(shù)才發(fā)展起來。

參考計數(shù)

我們用C ++的共享指針演示的想法可以應(yīng)用于所有對象。 許多語言（例如Perl，Python或PHP）都采用這種方法。 最好用圖片來說明：

綠云表示程序員指向的對象仍在使用中。 從技術(shù)上講，這些可能是諸如當(dāng)前正在執(zhí)行的方法中的局部變量或靜態(tài)變量之類的東西。 它可能因編程語言而異，因此在此我們將不再關(guān)注。

藍(lán)色圓圈是內(nèi)存中的對象，您可以看到對其的引用數(shù)量。 最后，灰色圓圈是未從任何范圍引用的對象。 因此，灰色物體是垃圾，可以由垃圾收集器清理。

這一切看起來真的很好，不是嗎？ 可以，但是整個方法都有很大的缺點。 結(jié)束對象的分離循環(huán)是很容易的，這些對象都不在范圍內(nèi)，但是由于循環(huán)引用，其引用的計數(shù)不為零。 這是一個例子：

看到？ 紅色對象實際上是應(yīng)用程序不使用的垃圾。 但是由于引用計數(shù)的限制，仍然存在內(nèi)存泄漏。

有一些方法可以克服此問題，例如使用特殊的“弱”引用或應(yīng)用單獨的算法來收集周期。 提到的語言（Perl，Python和PHP）都以一種或另一種方式處理循環(huán)，但這超出了本手冊的范圍。 相反，我們將開始更詳細(xì)地研究JVM所采用的方法。

掃一掃

首先，JVM更具體地說明了對象的可訪問性。 與其在前幾章中看到的模糊定義的綠色云，不如我們有一組非常具體和明確的對象，稱為“ 垃圾收集根” ：

• 局部變量
• 活動線程
• 靜態(tài)場
• JNI參考
• 其他（稍后將討論）

JVM用于跟蹤所有可到達(dá)（活動）對象并確保可重用非可訪問對象聲明的內(nèi)存的方法稱為標(biāo)記和清除算法。 它包括兩個步驟：

• 標(biāo)記正在遍歷所有可到達(dá)的對象，并將有關(guān)所有此類對象的分類帳保存在本機(jī)內(nèi)存中
• 掃描確保了不可訪問對象占用的內(nèi)存地址可以在下一次分配中重用。

JVM中的不同GC算法（例如Parallel Scavenge，Parallel Mark + Copy或CMS）在實現(xiàn)這些階段時略有不同，但是從概念上講，該過程仍然類似于上述兩個步驟。

關(guān)于此方法，至關(guān)重要的一點是周期不再泄漏：

不太好的事情是，需要停止應(yīng)用程序線程以進(jìn)行收集，因為如果引用線程一直在變化，那么您就無法真正計數(shù)它們。 當(dāng)應(yīng)用程序暫時停止以使JVM可以沉迷于家政活動時，這種情況稱為Stop The World暫停 。 它們的發(fā)生可能有多種原因，但是垃圾收集是迄今為止最受歡迎的一種。

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翻譯自: https://www.javacodegeeks.com/2015/05/what-is-garbage-collection.html

垃圾回收算法以及垃圾回收器

總結(jié)

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