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前言
不知道你平时是否关注程序内存使用情况,我是关注的比较少,正好借着优化本地一个程序的空对比了一下.Net平台垃圾回收和jvm垃圾回收,顺便用dotMemory看了程序运行后的内存快照,生成内存快照后,妈妈再也不担心我优化程序找不到方向了。
凭空想象这些概念多少会索然无味,下图是我我基于本地的一个程序生成的内存快照,使用jetbrains推出的dotMemory工具生成。

程序运行时可以通过右上角的Get SnapShot按钮生成内存快照,内存快照里可以看到具体的对象、消耗内存的情况,比如说一些大的字符串对象,重复的大量的字符串对象, 那么从上面这张图上都能看到哪些关键字呢?什么是Heap generation1和Heap greneration2呢?什么是Allocated呢?
GC (Garbage Collection)如其名,就是垃圾收集,当然这里仅就内存而言。Garbage Collector(垃圾收集器,在不至于混淆的情况下也成为GC)以应用程序的root为基础,遍历应用程序在托管堆(Managed Heap)上动态分配的所有对象,通过识别它们是否被引用来确定哪些对象是已经死亡的、哪些仍需要被使用。已经不再被应用程序的root或者别的对象所引用的对象就是已经死亡对象,即所谓的垃圾,需要被回收。这就是GC工作的原理。为了实现这个原理,GC有多种算法。比较常见的算法有Reference Counting,Mark Sweep,Copy Collection等等。目前主流的虚拟系统.NET CLR,JVM都是采用的Mark Sweep算法。
简单地把.NET的GC算法看作Mark-Compact算法。阶段1: Mark-Sweep 标记清除阶段,先假设heap中所有对象都可以回收,然后找出不能回收的对象,给这些对象打上标记,最后heap中没有打标记的对象都是可以被回收的;阶段2: Compact 压缩阶段,对象回收之后heap内存空间变得不连续,在heap中移动这些对象,使他们重新从heap基地址开始连续排列,类似于磁盘空间的碎片整理。

Heap内存经过回收、压缩之后,可以继续采用前面的heap内存分配方法,即仅用一个指针记录heap分配的起始地址就可以。主要处理步骤:将线程挂起→确定roots→创建reachable objects graph→对象回收→heap压缩→指针修复。可以这样理解roots:heap中对象的引用关系错综复杂(交叉引用、循环引用),形成复杂的graph,roots是CLR在heap之外可以找到的各种入口点。 GC搜索roots的地方包括全局对象、静态变量、局部对象、函数调用参数、当前CPU寄存器中的对象指针(还有finalization queue)等。主要可以归为2种类型:已经初始化了的静态变量、线程仍在使用的对象(stack+CPU register) 。 Reachable objects:指根据对象引用关系,从roots出发可以到达的对象。例如当前执行函数的局部变量对象A是一个root object,他的成员变量引用了对象B,则B是一个reachable object。从roots出发可以创建reachable objects graph,剩余对象即为unreachable,可以被回收。

指针修复是因为compact过程移动了heap对象,对象地址发生变化,需要修复所有引用指针,包括stack、CPU register中的指针以及heap中其他对象的引用指针。Debug和release执行模式之间稍有区别,release模式下后续代码没有引用的对象是unreachable的,而debug模式下需要等到当前函数执行完毕,这些对象才会成为unreachable,目的是为了调试时跟踪局部对象的内容。传给了COM+的托管对象也会成为root,并且具有一个引用计数器以兼容COM+的内存管理机制,引用计数器为0时,这些对象才可能成为被回收对象。Pinned objects指分配之后不能移动位置的对象,例如传递给非托管代码的对象(或者使用了fixed关键字),GC在指针修复时无法修改非托管代码中的引用指针,因此将这些对象移动将发生异常。pinned objects会导致heap出现碎片,但大部分情况来说传给非托管代码的对象应当在GC时能够被回收掉。

堆内存在回收过程中不是一次性回收所有,而是分为3代,目前也支持3代,根据上面的截图可以看出来。因此可以在垃圾回收期间适当地处理具有不同生存期的各种对象。 取决于项目的大小,每一代的内存将由公共语言运行时(CLR)给出。 在内部,Optimization Engine将调用Collection Means方法来选择哪些对象将进入第1代或第2代。

说了半天都在说托管堆,那么非托管堆呢?垃圾回收是不知道什么时候去处理非托管堆资源,比如文件句柄,网络连接、数据库连接。以下两种方式用来处理非托管堆垃圾回收。
返回指定对象的当前代数
public static int GetGeneration(Object);
检索当前认为要分配的字节数。 一个参数,指示此方法是否可以等待较短间隔再返回,以便系统回收垃圾和终结对象
public static long GetTotalMemory (bool forceFullCollection);
返回已经对对象的指定代进行的垃圾回收次数。
public static int CollectionCount (int generation);
获取垃圾回收的内存信息
public static GCMemoryInfo GetGCMemoryInfo ();
强制对所有代进行即时垃圾回收。
public static void Collect ();
好吧,说到这里还没提出来jvm垃圾回收,如果你已经了解了jvm垃圾回收,从上面的垃圾回收算法和分代回收来看,.Net平台和jvm在垃圾回收这块设计思路是一致的,两者的垃圾回收算法都包含:标记清除算法、复制算法、标记整理算法、分代收集算法。
** 当前商业虚拟机算法都使用分代收集算法,jvm根据对象的存活周期把内存划分为:年轻代、老年代、永久代。

绝大多数最新被创建的对象会被分配到这里,由于大部分对象在创建后会很快变得不可达,所以很多对象被创建在新生代,然后消失。对象从这个区域消失的过程我们称之为 minor GC。新生代 中存在一个Eden区和两个Survivor区.新对象会首先分配在Eden中(如果新对象过大,会直接分配在老年代中)。在GC中,Eden中的对象会被移动到Survivor中,直至对象满足一定的年纪(定义为熬过GC的次数),会被移动到老年代。可以设置新生代和老年代的相对大小。这种方式的优点是新生代大小会随着整个堆大小动态扩展。参数 -XX:NewRatio 设置老年代与新生代的比例。例如 -XX:NewRatio=8 指定 老年代/新生代 为8/1. 老年代 占堆大小的 7/8 ,新生代 占堆大小的 1/8(默认即是 1/8)。例如:
-XX:NewSize=64m -XX:MaxNewSize=1024m -XX:NewRatio=8
对象没有变得不可达,并且从新生代中存活下来,会被拷贝到这里。其所占用的空间要比新生代多。也正由于其相对较大的空间,发生在老年代上的GC要比新生代要少得多。对象从老年代中消失的过程,可以称之为major GC(或者full GC)。
像一些类的层级信息,方法数据 和方法信息(如字节码,栈 和 变量大小),运行时常量池(JDK7之后移出永久代),已确定的符号引用和虚方法表等等。它们几乎都是静态的并且很少被卸载和回收,在JDK8之前的HotSpot虚拟机中,类的这些”永久的” 数据存放在一个叫做永久代的区域。永久代一段连续的内存空间,我们在JVM启动之前可以通过设置-XX:MaxPermSize的值来控制永久代的大小。但是JDK8之后取消了永久代,这些元数据被移到了一个与堆不相连的称为元空间 (Metaspace) 的本地内存区域。
JDK8堆内存一般是划分为年轻代和老年代,不同年代 根据自身特性采用不同的垃圾收集算法。对于新生代,每次GC时都有大量的对象死亡,只有少量对象存活。考虑到复制成本低,适合采用复制算法。因此有了From Survivor和To Survivor区域。对于老年代,因为对象存活率****高,没有额外的内存空间对它进行担保。因而适合采用标记-清理算法和标记-整理算法进行回收。
目前对比了.Net平台垃圾回收和jvm垃圾回收,对于垃圾回收算法和分代的概念,两者设计思路都相同,唯一的区别我个人觉的JDK8以后jvm的垃圾回收效率更高,根据不同的代使用不同的垃圾收集算法,这一点似乎是.Net平台垃圾回收没有实现的地方。
原文地址:https:///sword-successful/p/12808770.html
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