垃圾回收原来是这么回事

摘要:John McCarthy身为Lisp之父和人工智能之父,同时,他也是GC之父。1960年,他在其论文中首次发布了GC算法(其实是委婉的提出😂)。而Java的前身Oak是在1990发布的,利用JVM实现了跨平台。GC因此一举成名。

最近想复习一下JVM的知识。然后发现网上不少文章在写JVM的垃圾回收算法时,都比较偏向于具体实现,而少有站在更高角度来看垃圾回收算法的文章。而我本人想对垃圾回收算法有个全景的认识,所以,就找到了这本《垃圾回收的算法与实现》(以下简称《垃圾回收》)。本篇博客就是尝试对“全景”的总结。

以下为方便讨论,垃圾回收缩写成GC。

为什么要有GC

我时而听到C++程序员说我们是被GC惯坏了的一代。的确是这样的,我本人在学习GC算法时,大脑里第一问题就是为什么需要GC这样的东西。说明我已经认为GC是理所当然了。😂

总的一句话:没有GC的世界,我们需要手动进行内存管理,而手动内存管理是纯技术活,又容易出错。

既然我们写的大多程序都是为了解决现实业务问题,那么,我们为什么不把这种纯技术活自动化呢?但是自动化,也是有代价的。 这是我的个人理解,不代表John McCarthy本人的理解

“垃圾”的定义

首先,我们要给个“垃圾”的定义,才能进行回收吧。书中给出的定义: > 把分配到堆中那些不能通过程序引用的对象称为非活动对象,也就是死掉的对象,我们称为“垃圾”。

GC的定义

因为我们期望让内存管理变得自动(只管用内存,不管内存的回收),我们就必须做两件事情: > 1. 找到内存空间里的垃圾 > 2. 回收垃圾,让程序员能再次利用这部分空间 [1] 只要满足这两项功能的程序,就是GC,不论它是在JVM中,还是在Ruby的VM中。

但这只是两个需求,并没有说明GC应该何时找垃圾,何时回收垃圾等等更具体的问题,各类GC算法就是在这些更具体问题的处理方式上施展手脚。

GC的历史

John McCarthy身为Lisp之父和人工智能之父,同时,他也是GC之父。1960年,他在其论文中首次发布了GC算法(其实是委婉的提出😂)。

《垃圾回收》的作者认为:

从50年前GC算法首次发布以来,众多研究者对其进行了各种各样的研究,因此许多GC算法也得以发布。[2] 但事实上,这些算法只不过是把前文中提到的三种算法进行组合或应用。也可以这么说,1963年GC复制算法诞生时,GC的根本性内容就已经完成了。[3]

那我们常常听说的分代垃圾回收又是怎么回事?作者是这样说的: > 人们从众多程序案例中总结出了一个经验:“大部分的对象在生成后马上就变成了垃圾,很少有对象能活得很久”。分代垃圾回收利用该经验,在对象中导入了“年龄”的概念,经历过一次GC后活下来的对象年龄为1岁。[4]

分代垃圾回收中把对象分类成几代,针对不同的代使用不同的GC算法,我们把刚生成的对象称为新生代对象,到达一定年龄的对象则称为老年代对象。[5]

好了,这下我总算知道为什么要分代了,我的总结是: 将对象根据存活概率进行分类,对存活时间长一些的对象,可以减少扫描“垃圾”的时间,以减少GC频率和时长。根本思路就是对对象进行分类,才能针对各个分类采用不同的垃圾回收算法,以对各算法进行扬长避短。

留一个问题给读者:我们知道分代垃圾回收所采用的堆结构是:

为什么新生代空间要分成“生成空间”和“幸存空间”,而幸存空间又分成两块大小相等的幸存空间1,幸存空间2?

这些GC算法共同解决的问题

上面我们说了,GC的定义只给出了需求,三种算法都为实现这个需求,那么它们总会遇到共同要解决的问题吧? 我尝试总结出:

  • 如何分辨出什么是垃圾?
  • 如何、何时搜索垃圾?
  • 如何、何时清除垃圾?

这样,只要涉及到垃圾回收,我就可以从这2点需求,3个共同问题(两点三共)出发来讨论、学习。

如何评价GC算法?

如果没有评价标准,我们当然无法评估这些GC算法的性能。作者给出了4个标准:

  • 吞吐量: 单位时间内的处理能力
  • 最大暂停时间:GC执行过程中,应用暂停的时长。 较大的吞吐量和较短的最大暂停时间不可兼得
  • 堆的使用效率:就是堆空间的利用率。 可用的堆越大,GC运行越快;相反,越想有效地利用有限的堆,GC花费的时间就越长。
  • 访问的局部性:把具有引用关系的对象安排在堆中较近的位置,就能提高在缓存中读取到想利用的数据的概率。

好吧。两点三共,四标~

小结

搞清楚为什么要GC,要实现GC都要解决什么问题,而各类算法又是怎么解决的,最后怎么评价这些算法。GC原来是这么回事。

但是这不是GC的全部。但是提供我一个思考GC的思考框架。

以上就是《垃圾回收的算法与实现》的读书笔记。如果想更深入,可以阅读《垃圾回收算法手册:自动内存管理的艺术》。

[1] 《垃圾回收的算法与实现》 P2

[2][3] 《垃圾回收的算法与实现》 P4

[4] 《垃圾回收的算法与实现》 P141

[5] 《垃圾回收的算法与实现》 P142

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最新评论
  • そら 辣鸡程序员 02/08

    其实又有个问题gc能不能解决资源所有权的问题比如打开的文件离开作用域关闭打开的文件在java中我是 try {
    out = new FileOutputStream(filePath);
    rWorkbook.write(out);
    }finally{
    if(out != null){
    try {
    out.flush();
    out.close();
    } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
    }
    }
    } 可以不手动关闭吗?而且关闭文件抛出异常改怎么处理????

    • 武佳斌 程序员 02/10

      Try with Resources 语法,JDK 7 开始引入的,实现 java.lang.AutoCloseable 接口即可

      • そら 辣鸡程序员 02/27

        你还是没理解我说的,这货还需要一个try{}catch 那么我异常想直接抛出去怎么办,catch掉还是用之前写个finally, excuse me, 还是没解决问题啊

        • 武佳斌 程序员 03/01

           

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