JVM垃圾回收的普遍步骤

JVM(Java Virtual Machine)进行垃圾回收时,通常遵循以下步骤。不同的垃圾收集器可能会有一些不同的实现细节,但基本步骤和思想大致相同。以下是一般的垃圾回收过程的主要步骤:

1. 标记阶段(Marking Phase)

  • 可达性分析 :JVM 会从根对象(GC Roots)开始,遍历所有引用并标记所有可达对象。
    • GC Roots 包括:
      • 活动线程栈中的局部变量
      • 静态变量
      • JNI 引用
      • 已加载的类
  • 标记对象:所有被引用的对象都会被标记为可达对象。

2. 清除阶段(Sweeping Phase)

  • 删除不可达对象:未被标记的对象被视为垃圾,将会被删除。
  • 回收空间:回收被删除对象占用的内存空间。

3. 压缩阶段(Compacting Phase)

  • 对象移动:将存活的对象压缩到内存的一端,以便腾出连续的内存空间。
  • 更新引用:更新所有指向被移动对象的引用,以确保引用的正确性。

4. 分代回收(Generational Collection)

  • 新生代(Young Generation) :主要用于存放新创建的对象,包括以下三个区域:
    • Eden 区:大部分新对象首先在这里分配。
    • Survivor 区:两个 Survivor 区(S0 和 S1),用于在新生代之间复制存活的对象。
    • Minor GC:当 Eden 区满时触发 Minor GC,将存活对象复制到 Survivor 区或晋升到老年代。
  • 老年代(Old Generation) :用于存放生命周期较长的对象。
    • Major GC/Full GC:当老年代满时触发 Major GC 或 Full GC,这个过程通常比 Minor GC 更耗时。

5. 特殊的垃圾回收器

  • Serial GC:单线程垃圾收集器,适用于单处理器环境。
  • Parallel GC:多线程垃圾收集器,适用于多处理器环境,着重于吞吐量。
  • CMS(Concurrent Mark-Sweep)GC:并发标记清除垃圾收集器,旨在减少停顿时间。
  • G1(Garbage-First)GC:分区垃圾收集器,兼顾低停顿和高吞吐量,适用于大堆内存。

示例流程

以下是一个典型的垃圾回收过程(以 G1 GC 为例):

  1. 初始标记(Initial Marking):标记从 GC Roots 直接可达的对象。这阶段会暂停所有应用线程(STW)。
  2. 并发标记(Concurrent Marking):遍历对象图,标记所有可达对象。此阶段与应用线程并发执行。
  3. 最终标记(Final Marking):处理在并发标记阶段发生变化的对象。会有短暂的 STW。
  4. 筛选回收(Live Data Counting and Evacuation):计算存活对象并选择回收区域,将存活对象移动到新区域,回收旧区域。

垃圾回收示意图

1. 标记阶段(Marking Phase)
  - 可达性分析:GC Roots -> 标记所有可达对象

2. 清除阶段(Sweeping Phase)
  - 删除不可达对象 -> 回收内存空间

3. 压缩阶段(Compacting Phase)
  - 移动存活对象 -> 更新引用

4. 分代回收(Generational Collection)
  - 新生代(Young Generation):Eden、Survivor -> Minor GC
  - 老年代(Old Generation) -> Major GC/Full GC

5. 特殊的垃圾回收器
  - Serial GC、Parallel GC、CMS GC、G1 GC

总结

JVM 的垃圾回收过程包括标记、清除、压缩等阶段,结合分代回收机制来高效地管理内存。不同的垃圾收集器根据不同的需求和环境进行优化,以达到最佳的性能和最小的停顿时间。了解这些步骤和原理可以帮助开发者优化 Java 应用的性能和稳定性。

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