说下JVM中一次完整的GC流程?
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说下JVM中一次完整的GC流程?
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在JVM中,垃圾回收(GC) 是自动化内存管理的一部分,用于回收不再被引用的对象,释放内存资源。JVM的GC主要通过标记、清除和压缩等算法来管理内存。GC的过程较为复杂,涉及多个阶段和多个垃圾回收器。下面是一次完整的垃圾回收流程的详细介绍。
1. GC触发条件
GC的触发条件有多个,主要包括:
- 堆内存不足:当JVM中的堆内存(年轻代、老年代)不足时,会触发GC。
- 显式调用System.gc():调用该方法会触发GC,但JVM不一定会立刻执行。
- 内存分配失败:在分配内存时,如果不能从堆中找到足够的空间,也会触发GC。
- 老年代的空间不足:年轻代的GC不足以回收老年代所需的空间时,会触发Full GC。
2. GC的分代理论
JVM的堆内存通常分为三个区域:
- 年轻代(Young Generation):包含新创建的对象。年轻代又分为三个区域:
- Eden空间:新创建的对象首先会被分配到Eden区。
- Survivor空间(S0, S1):Eden区存活下来的对象会被复制到其中一个Survivor空间。两个Survivor区交替使用。
- 老年代(Old Generation):经过多次GC后仍然存活的对象会被提升到老年代。
- 永久代(PermGen):用于存储类的元数据(JVM 8后被MetaSpace取代)。
3. GC的基本步骤
1) 年轻代GC(Minor GC)
年轻代GC发生在年轻代内存不足时,步骤如下:
- 标记阶段:
- JVM首先会标记出年轻代中存活的对象。标记对象是通过引用计数和可达性分析的方式确定的。
- 在这个阶段,Root(如栈上的局部变量、静态变量等)会作为起始点,通过引用关系递归地遍历所有可达对象。
- 复制阶段:
- 对象存活标记完成后,JVM会将存活的对象从Eden区复制到其中一个Survivor区。如果当前Survivor区已满,则会将对象转移到老年代。
- 如果Survivor区的空间不足以容纳所有存活的对象,就会触发老年代GC(Full GC)。
- 清理阶段:
- Eden区和原先的Survivor区会被清空,释放空间供新的对象使用。
2) 老年代GC(Major GC 或 Full GC)
老年代GC通常是在年轻代GC不能有效回收内存时发生,尤其是当老年代空间不足时触发。此时JVM会进行整个堆的垃圾回收:
- 标记阶段:
- 对象的标记和年轻代GC相似,通过可达性分析标记存活对象。
- 清理阶段:
- 清理所有未被标记的对象,释放内存空间。
- 压缩阶段:
- 在老年代GC后,可能会进行内存压缩。即将存活的对象移到内存的一端,释放出连续的空闲内存。
3) GC算法
JVM中常用的GC算法包括:
- 标记-清除(Mark-Sweep):
- 标记所有存活的对象,然后清除未标记的对象。缺点是会产生内存碎片。
- 复制算法(Copying):
- 适用于年轻代的GC。将存活对象从一个区域复制到另一个区域,清空源区域,避免内存碎片。
- 标记-整理(Mark-Compact):
- 适用于老年代的GC。标记所有存活的对象并将其压缩到堆的一端,避免内存碎片。
- 分代收集:
- 根据不同的对象生命周期,年轻代和老年代使用不同的GC算法来提高效率。年轻代采用复制算法,老年代采用标记-清除或标记-整理。
4. GC的执行过程
一个完整的GC过程可以分为以下几个步骤:
- GC Root Tracing:JVM会从GC Roots开始,通过引用链追踪可达的对象。
- 标记阶段:标记所有存活的对象,GC通过可达性分析找到所有从GC Root可达的对象。
- 清除阶段:对于未被标记的对象(即不可达的对象),会被清除。
- 压缩阶段(仅老年代GC时执行):将存活的对象移动到内存的一端,释放连续的空间。
5. GC类型
JVM有多种垃圾回收器,每个垃圾回收器的工作方式不同,常见的回收器包括:
- Serial GC:单线程进行GC,适用于单核或小内存系统。
- Parallel GC:多线程GC,适用于多核CPU。
- CMS(Concurrent Mark-Sweep):旨在减少GC停顿时间的回收器,适用于低延迟需求。
- G1 GC:一个面向大内存和低延迟的垃圾回收器,按区域划分堆内存,优化GC时间。
6. Full GC vs Minor GC
- Minor GC:发生在年轻代,通常速度较快,但会对性能有轻微影响。
- Full GC:发生在整个堆(包括年轻代和老年代),通常会暂停应用程序的执行较长时间,因此影响性能较大。
7. GC的停顿时间
- Stop-the-World:在GC过程中,JVM会暂停应用程序的执行,这被称为"Stop-the-World"事件。垃圾回收器使用不同的算法来减少停顿时间,如G1 GC通过分区域处理减少单次GC停顿时间。
总结
一次完整的GC过程涉及:
- 触发条件(如内存不足、显式调用等);
- 垃圾回收的不同阶段(如标记、清理、压缩等);
- 多种GC算法(如标记-清除、复制算法等);
- 多种GC回收器(如Serial、Parallel、CMS、G1等)。
垃圾回收的目标是高效地回收内存,同时尽可能减少对应用程序性能的影响。
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