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高级java每日一道面试题-2024年10月29日-JVM篇-简述分代垃圾回收器是怎么工作的?

时间:2024-11-07 18:50:06浏览次数:8  
标签:10 面试题 java 回收 算法 分代 GC 垃圾 内存

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面试官: 简述分代垃圾回收器是怎么工作的?

我回答:

在Java高级面试中,分代垃圾回收器的工作原理是一个重要的考点。下面将详细解释分代垃圾回收器是如何工作的:

分代垃圾回收器的基本概念

分代垃圾回收器是一种基于对象生命周期的垃圾回收方法。它将Java堆内存划分为不同的区域(或称为“代”),通常分为新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation)。这种策略背后的理念是,不同年代的对象有不同的生命周期特征,因此可以用不同的垃圾回收算法来管理它们。

分代垃圾回收器的具体划分

  1. 新生代(Young Generation)

    • 新创建的对象通常分配在这里。
    • 新生代又细分为 Eden 区和两个 Survivor 区(通常称为 S0 和 S1)。
    • 大部分对象的生命周期较短,很快就会变得不可达,因此新生代会频繁地进行垃圾回收(Minor GC)。
    • 大多数对象在新生代中很快就会死亡(即不再被引用)。
  2. 老年代(Old Generation)

    • 经过多次垃圾回收后仍然存活的对象会被移动到这里。
    • 这些对象的生命周期较长,垃圾回收发生的频率较低(Major GC或Full GC)。
    • 老年代中的对象通常生命周期较长。
  3. 永久代/元空间(Permanent Generation/Metaspace)

    • 存储类的元数据信息,如类的结构、方法、字段等。
    • 在 Java 8 以后,永久代被元空间取代,元空间使用的是本地内存而不是堆内存。

分代垃圾回收器的算法

  1. 新生代算法

    • 主要采用复制算法。每次垃圾回收时,将Eden区和一个Survivor区的存活对象复制到另一个Survivor区,然后清空Eden区和被复制的Survivor区。这种算法的优点是简单高效,可以避免内存碎片的产生。
  2. 老年代算法

    • 主要采用标记-清除算法或标记-整理算法。标记阶段,垃圾回收器从根对象开始遍历程序的对象图,将所有可达的对象进行标记。清除阶段,垃圾回收器对堆内存进行遍历,将未标记的对象视为垃圾并回收,释放内存空间。标记-整理算法在清除阶段还会将所有存活对象向一端移动,然后清理边界之外的内存,以提供更大的连续内存空间并减少碎片化问题。

分代垃圾回收器的工作流程

1. 新生代垃圾回收(Minor GC)
  • Eden 区:新创建的对象首先被分配到 Eden 区。
  • Survivor 区:经过 Minor GC 后,仍然存活的对象会被移动到一个 Survivor 区(假设是 S0)。
  • 复制算法:Minor GC 通常采用复制算法,即将 Eden 区和一个 Survivor 区(假设是 S0)中的存活对象复制到另一个 Survivor 区(假设是 S1),然后清空 Eden 区和 S0。
  • 年龄阈值:每次 Minor GC 后,对象的年龄会增加 1。当对象的年龄达到一定阈值(默认是 15)时,对象会被晋升到老年代。
2. 老年代垃圾回收(Major GC/Full GC)
  • 标记-清除算法:老年代通常采用标记-清除算法或标记-整理算法。
    • 标记-清除算法:首先标记出所有可达对象,然后清除未被标记的对象。
    • 标记-整理算法:在标记-清除的基础上,对存活对象进行整理,消除内存碎片。
  • 触发条件
    • 老年代空间不足。
    • 显式调用 System.gc()(不推荐)。
    • 某些 Minor GC 之后,存活对象过多,无法放入 Survivor 区,直接进入老年代。
3. 永久代/元空间垃圾回收
  • 永久代(Java 8 以前):存储类的元数据信息,通常在 Full GC 时进行垃圾回收。
  • 元空间(Java 8 及以后):存储类的元数据信息,使用本地内存,通常在 Full GC 时进行垃圾回收。

分代垃圾回收器的优势

  1. 提高垃圾回收效率:通过分代管理,垃圾回收器可以集中处理那些最有可能包含垃圾的区域(如新生代),从而减少不必要的遍历和回收操作。

  2. 优化应用程序性能:新生代的垃圾回收比老年代频繁,但占用的内存较小,因此Minor GC的停顿时间比Full GC短,这有助于提高应用程序的响应性。

  3. 动态调整策略:分代回收允许JVM根据对象的生命周期特征进行更好的空间分配和垃圾回收策略调整,如调整Eden区和Survivor区的比例,或者根据对象的老化情况动态地将对象从新生代晋升到老年代。

Java中的垃圾回收器

除了分代垃圾回收策略外,Java还提供了多种垃圾回收器来实现这一策略,包括:

  1. Serial GC

    • 单线程垃圾回收器,适用于单核 CPU 和小内存应用。
    • 新生代使用复制算法,老年代使用标记-整理算法。
  2. Parallel GC(也称 Throughput GC):

    • 多线程垃圾回收器,适用于多核 CPU 和大内存应用。
    • 新生代和老年代都使用多线程进行垃圾回收。
    • 新生代使用复制算法,老年代使用标记-整理算法。
  3. CMS (Concurrent Mark Sweep) GC

    • 并发垃圾回收器,旨在减少垃圾回收的停顿时间。
    • 新生代使用复制算法,老年代使用标记-清除算法。
    • 老年代的垃圾回收过程分为多个阶段,部分阶段可以与应用程序并发执行。
  4. G1 (Garbage First) GC

    • 适用于大内存多核环境,旨在提供高吞吐量和低停顿时间。
    • 将堆内存划分为多个大小相等的区域(Region)。
    • 采用混合算法,结合了复制算法和标记-整理算法。
    • 优先回收垃圾最多的区域,以达到高效率。
  5. ZGC (Z Garbage Collector)(Java 11 引入):

    • 适用于超大内存应用,旨在提供极低的停顿时间(小于 10ms)。
    • 采用着色指针和读屏障技术,支持并发垃圾回收。
    • 适用于数 TB 的堆内存。
  6. Shenandoah GC(Java 12 引入):

    • 类似 ZGC,旨在提供低停顿时间。
    • 采用读屏障和写屏障技术,支持并发垃圾回收。
    • 适用于大内存应用。

总结

分代垃圾回收器通过将堆内存分为新生代和老年代,并针对不同代的特点采用不同的垃圾回收算法,从而优化垃圾回收的性能。不同的垃圾回收器适用于不同的应用场景,开发者可以根据应用的需求选择合适的垃圾回收器。理解垃圾回收器的工作原理有助于优化 Java 应用的性能和稳定性。

标签:10,面试题,java,回收,算法,分代,GC,垃圾,内存
From: https://blog.csdn.net/qq_43071699/article/details/143553648

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