JVM 가비지 수집 알고리즘에 대한 심층 연구: 일반적인 알고리즘에 대한 자세한 설명

JVM 가비지 수집 알고리즘에 대한 심층적인 이해: 몇 가지 일반적인 논의에는 특정 코드 예제가 필요합니다.

개요:
JVM(Java Virtual Machine)은 Java 프로그램을 실행하고 Java 바이트코드 파일을 해석하고 실행하는 가상 머신입니다. . JVM 가비지 컬렉션 알고리즘은 메모리 관리의 중요한 부분으로, 더 이상 사용되지 않는 메모리 공간을 자동으로 회수하여 프로그램 성능과 리소스 활용도를 높이는 역할을 합니다. 이 기사에서는 몇 가지 일반적인 JVM 가비지 수집 알고리즘을 심층적으로 살펴보고 구체적인 코드 예제를 제공합니다.

1. 마크 앤 스윕 알고리즘(Mark and Sweep)
마크 스윕 알고리즘은 가장 초기이자 가장 기본적인 가비지 수집 알고리즘 중 하나입니다. 구현 아이디어는 루트 노드(일반적으로 전역 변수 또는 스택 프레임의 참조)에서 시작하여 전체 개체 그래프를 재귀적으로 탐색하고 모든 활성 개체를 표시한 다음 표시되지 않은 개체를 지우는 것입니다. 다음은 mark-sweep 알고리즘의 코드 예시입니다.

class GCObject {
    private boolean marked = false;
    // ...
}

class GarbageCollector {
    public static void mark(GCObject object) {
        if (object.isMarked()) {
            return;
        }
        object.setMarked(true);
        // 标记相邻引用的对象
    }
    
    public static void sweep(List<GCObject> objects) {
        for (GCObject object : objects) {
            if (!object.isMarked()) {
                objects.remove(object);
            } else {
                object.setMarked(false);
            }
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象并设置引用
        GCObject object1 = new GCObject();
        GCObject object2 = new GCObject();
        object1.setReference(object2);

        // 执行垃圾回收
        List<GCObject> objects = new ArrayList<>();
        objects.add(object1);
        objects.add(object2);
        mark(object1);
        mark(object2);
        sweep(objects);
    }
}

mark-sweep 알고리즘의 장점은 더 이상 사용하지 않는 메모리를 정확하게 재활용할 수 있다는 점이지만, 두 가지 주요 단점이 있습니다. 재활용 후 불연속 메모리가 남게 됩니다. 조각화로 인해 메모리 활용도가 낮아집니다. 둘째, 표시 및 지우기 프로세스에는 많은 양의 컴퓨팅 리소스가 필요합니다.

2. 복사 알고리즘(Copying)
복사 알고리즘은 마크 클리어 알고리즘으로 인해 발생하는 메모리 조각화 문제를 해결하기 위해 제안된 가비지 수집 알고리즘입니다. 복사 알고리즘은 메모리 공간을 시작 영역과 끝 영역의 두 영역으로 나눕니다. 시작 영역이 가득 차면 활성 개체를 끝 영역으로 복사하고 시작 영역에서 복제되지 않은 개체를 모두 지웁니다. 다음은 복사 알고리즘의 코드 예시입니다.

class GCObject {
    // ...
}

class GarbageCollector {
    public static void copy(List<GCObject> objects, int sizeFrom, int sizeTo) {
        List<GCObject> newObjects = new ArrayList<>();
        for (GCObject object : objects) {
            GCObject newObject = object.copyTo(sizeTo);
            newObjects.add(newObject);
        }
        objects.clear();
        objects.addAll(newObjects);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象并设置引用
        GCObject object1 = new GCObject();
        GCObject object2 = new GCObject();
        object1.setReference(object2);

        // 执行垃圾回收
        List<GCObject> objects = new ArrayList<>();
        objects.add(object1);
        objects.add(object2);
        copy(objects, objects.size(), objects.size() * 2);
    }
}

복사 알고리즘의 장점은 메모리 조각화를 없애고 메모리 활용도를 향상시킨다는 점이지만, 메모리와 같은 크기의 연속적인 영역이 필요하다는 단점이 있습니다. 객체를 복사하기 위한 공간으로 인해 메모리 공간의 절반이 낭비됩니다.

3. Mark-Compact 알고리즘(Mark 및 Compact)
Mark-Compact 알고리즘은 Mark-Sweep 알고리즘의 개선된 버전이며 주요 목표는 메모리 조각화를 제거하는 것입니다. mark-compact 알고리즘은 먼저 활성 개체를 표시하고 이를 한쪽 끝으로 이동한 다음 표시되지 않은 나머지 메모리 공간을 지웁니다. 다음은 mark-and-compact 알고리즘에 대한 코드 예제입니다.

class GCObject {
    private boolean marked = false;
    // ...
}

class GarbageCollector {
    public static void mark(GCObject object) {
        if (object.isMarked()) {
            return;
        }
        object.setMarked(true);
        // 标记相邻引用的对象
    }
    
    public static void compact(List<GCObject> objects) {
        int index = 0;
        for (GCObject object : objects) {
            if (object.isMarked()) {
                swap(objects, index++);
            }
        }
        for (int i = objects.size() - 1; i >= index; i--) {
            objects.remove(i);
        }
    }
    
    public static void swap(List<GCObject> objects, int index) {
        // 交换对象位置
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象并设置引用
        GCObject object1 = new GCObject();
        GCObject object2 = new GCObject();
        object1.setReference(object2);

        // 执行垃圾回收
        List<GCObject> objects = new ArrayList<>();
        objects.add(object1);
        objects.add(object2);
        mark(object1);
        mark(object2);
        compact(objects);
    }
}

mark-compact 알고리즘의 장점은 메모리 조각화를 제거한다는 것입니다. 그러나 단점은 라이브 객체를 이동하려면 추가 처리 단계가 필요하다는 것입니다. 알고리즘의 복잡성과 오버헤드.

요약:
이 문서에서는 몇 가지 일반적인 JVM 가비지 수집 알고리즘에 대한 심층적인 이해를 제공하고 특정 코드 예제를 제공합니다. 각 알고리즘에는 장점과 단점이 있으므로 특정 애플리케이션 시나리오에 따라 적절한 가비지 수집 알고리즘을 선택해야 합니다. 이 글의 소개를 통해 독자들이 JVM 가비지 컬렉션 알고리즘에 대해 더 깊이 이해하고, 실제 개발에 적용할 수 있기를 바랍니다.

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