Введение
Java славится своей автоматической управляемой памятью. Одним из ключевых механизмов, обеспечивающих стабильность и безопасность приложений, является Garbage Collector (GC) — система автоматической сборки мусора.
В этой статье мы разберём:
- Что такое Garbage Collector
- Как Java определяет, что объект больше не нужен
- Как происходит сборка мусора
- Как GC справляется с циклическими ссылками
- Какие есть алгоритмы и стратегии сборки мусора
Что такое Garbage Collector?
Garbage Collector (GC) — это часть Java Virtual Machine (JVM), которая автоматически освобождает память, выделенную под объекты, которые больше не используются.
Он позволяет:
- Избежать утечек памяти
- Не заботиться о ручном освобождении памяти
- Писать более надёжный код
Как Java понимает, что объект можно удалить?
Основной принцип:
- Объект считается "живым", если он достижим из корневых объектов (roots) .
Корни (Roots) включают:
- Локальные переменные методов
- Активные потоки
- Статические поля классов
- JNI (Native) ссылки
- Если объект не достижим ни от одного корня , он считается "мертвым", и Garbage Collector может его удалить.
Как происходит процесс сборки мусора?
Процесс сборки мусора состоит из нескольких этапов:
1. Mark Phase (Маркировка):
GC проходит по всем объектам, начиная с корней, и помечает все достижимые объекты как живые.
2. Sweep / Compact / Copy Phase (Очистка / Уплотнение / Копирование):
Sweep: Удаляются непомеченные (неживые) объекты.
Compact: Живые объекты перемещаются в начало области памяти, чтобы избежать фрагментации.
Copy: Объекты копируются из одной области в другую (например, из Eden в Survivor Space).
Где хранятся объекты в Java?
Java делит память на несколько регионов:
Young Generation (Eden Space + Survivor Spaces)
Old Generation (Tenured)
Metaspace (вместо PermGen в Java 8+)
Объекты сначала создаются в Eden Space , а затем, если они пережили несколько циклов GC, перемещаются в Old Generation .
Циклические ссылки и Garbage Collector
Циклические ссылки возникают, когда два или более объекта ссылаются друг на друга, но больше не доступны из корней .
Пример:
Может ли GC справиться с этим?
Да, может.
Поскольку оба объекта больше не достижимы из корней, даже несмотря на то, что они ссылаются друг на друга, Garbage Collector правильно удалит их .
Это возможно благодаря тому, что GC не просто проверяет наличие ссылок, а анализирует достижимость из корней .
Какие существуют алгоритмы сборки мусора?
Mark-Sweep (Маркировка-Очистка)
Помечает живые объекты и удаляет остальные. Может вызвать фрагментацию.
Mark-Sweep-Compact
То же самое, но после очистки уплотняет память.
Copying (Копирующий)
Перемещает живые объекты в новую область, быстро освобождает старую.
Generational Collection
Разделяет объекты по возрасту (молодые и старые). Используется по умолчанию в HotSpot JVM.
G1 Garbage Collector
Современный GC, работающий по регионально-ориентированному принципу. Хорош для больших объемов памяти.
ZGC / Shenandoah
Низколатентные GC для очень больших приложений (GB+ памяти).
Как выбрать подходящий Garbage Collector?
Выбор зависит от:
Размера приложения
Требований к производительности
Времени пауз (latency vs throughput)
Примеры параметров запуска:
- # G1GC (по умолчанию в Java 9+)
java -XX:+UseG1GC MyApp
- # Serial GC (для маленьких приложений)
java -XX:+UseSerialGC MyApp
- # ZGC (низкая латентность, Java 11+)
- java -XX:+UseZGC MyApp
Как увидеть работу Garbage Collector?
Добавьте JVM-флаги:
java -Xlog:gc*:file=gc.log:time MyApp
Или используйте:
- VisualVM
- JConsole
- Mission Control (JMC)
Преимущества автоматической сборки мусора
- Предотвращает утечки памяти
- Автоматически управляет циклическими ссылками
- Позволяет сосредоточиться на бизнес-логике
- Поддерживает разные режимы работы (низкая задержка, высокая пропускная способность)
Когда стоит беспокоиться о GC?
- Если наблюдаются длительные паузы (stop-the-world)
- При частых Full GC
- При OutOfMemoryError
- При использовании большого количества временных объектов
Рекомендации
- Используйте правильный GC под задачи вашего приложения
- Мониторьте GC с помощью инструментов
- Не держите ненужные ссылки на объекты
- Используйте WeakHashMap, если нужно хранить данные, которые могут быть собраны
Заключение
Garbage Collector — это мощный инструмент, который делает Java одним из самых популярных языков программирования. Он умеет эффективно управлять памятью, в том числе справляться с такими сложными случаями, как циклические ссылки , без участия программиста.
Понимание того, как работает GC, поможет вам писать более качественный, быстрый и стабильный код, а также легко диагностировать проблемы с памятью.
Пример, рассмотренный в статье, можно найти по адресу: