JVM之垃圾回收

JVM之垃圾回收

市面上有关JVM垃圾回收的文章很多，有些是针对垃圾收集器，有些是介绍垃圾回收算法，也有些各方面都有涉及。本文希望能做一个比较全面的总结，最关键的是形成自己的语言，有自己的理解和沉淀。

一、为什么需要垃圾回收

大家都知道，java语言的内存是动态分配的，不像C++语言还需要开发者专门干预，在一定程度上可以提高开发效率。那么大家可能疑问：既然不需要我们开发者关心，我们为什么还要讨论？作为一个程序语言的驾驭者，必然需要掌握该语言的方方面面，包括底层的原理和机制。
Java语言使用了内存动态分配和垃圾回收技术，掌握这些不仅可以提高自己的逼格，而且为后续的JVM调优打下扎实的基础，让自己离架构师更近一步。

二、哪些内存需要回收

JVM的内存结构包括五大区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆区、方法区。其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随线程而生、随线程而灭，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，就不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束时，内存自然就跟随着回收了。而Java堆区和方法区则不一样，这部分内存的分配和回收是动态的，正是垃圾收集器所需关注的部分。
垃圾收集器在对堆区和方法区进行回收前，首先要确定这些区域的对象哪些可以被回收，哪些暂时还不能回收，这就要用到判断对象是否存活的算法。

1、引用计数法

在这种方法中，堆中每个对象实例都有一个引用计数。任何引用计数器为0的对象实例可以被当作垃圾收集。
引用计数是垃圾收集器中的早期策略。该方法看似很实用，但是解决不了循环引用的问题（比如循环链表）。

2、可达性分析算法

从一个节点GC ROOT开始，寻找对应的引用节点，然后寻该引用节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余没有被引用的节点将会被判定为是可回收的对象。

3、引用分类

在Java语言中，将引用又分为强引用、软引用、弱引用、虚引用四种，这四种引用强度依次逐渐减弱。垃圾回收算法都是基于强引用而言的。

三、垃圾回收算法

1、标记-清除算法

标记-清除算法从根集合（GC Roots）开始扫描，对需要继续存活的对象进行标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象，进行回收，如下图所示。

标记-清除算法只需对不需要存活的对象进行处理，在存活对象比较多的情况下极为高效，但是会造成内存碎片。

2、复制算法

复制算法的提出就是为了解决内存碎片的问题，如下图所示。复制算法虽然解决了内存碎片的问题，但是浪费一半内存。另外在对象存活率很高的时候，复制成本会非常高。

3、标记-整理算法

标记-整理算法是在标记-清除算法的基础上，又进行了对象的移动，因此成本更高，但是却解决了内存碎片的问题。具体流程见下图：

4、分代收集算法

一般情况下将堆区划分为老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特点是每次垃圾收集时只有少量对象需要被回收，而新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量的对象需要被回收，那么就可以根据不同代的特点采取最适合的收集算法。
新生代采用复制算法；老年代采用标记-整理算法。

其中年轻代内存分配过程如下：
1) 绝大多数刚创建的对象会被分配在Eden区，其中的大多数对象很快就会消亡；
2) 最初一次，当Eden区满的时候，执行Minor GC，将消亡的对象清理掉，并将剩余的对象复制到一个存活区Survivor0；
3) 下次Eden区满了，再执行一次Minor GC，将消亡的对象清理掉，将存活的对象复制到Survivor1中，然后清空Eden区；
4) 将Survivor0中消亡的对象清理掉，将其中可以晋级的对象晋级到Old区，将存活的对象也复制到Survivor1区，然后清空Survivor0区；
5) 然后跳到第三步，当两个存活区切换了几次（HotSpot虚拟机默认15次，用-XX:MaxTenuringThreshold控制）之后，仍然存活的对象，将被复制到老年代。

四、垃圾收集器

1、新生代收集器

1） Serial收集器
单线程收集器
2） ParaNew收集器
Serial收集器的多线程版，关注缩短垃圾收集时间。（使用-XX:+UseParNewGC开关来控制使用ParNew+Serial Old收集器组合收集内存；使用-XX:ParallelGCThreads来设置执行内存回收的线程数。）
3） Parallel Scavenge收集器
关注CPU吞吐量，即运行用户代码的时间/总时间。（使用-XX:+UseParallelGC开关控制使用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合回收垃圾（这也是在Server模式下的默认值）；使用-XX:GCTimeRatio来设置用户执行时间占总时间的比例，默认99，即1%的时间用来进行垃圾回收；使用-XX:MaxGCPauseMillis设置GC的最大停顿时间；使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy可以进行动态控制Eden/Survivor比例，老年代对象年龄，新生代大小等。）

2、老年代收集器

1） Serial Old收集器
单线程收集器
2） Parallel Old收集器
Parallel Scavenge收集器的老年代版本（使用-XX:+UseParallelOldGC开关控制使用Parallel Scavenge +Parallel Old组合收集器进行收集。）
3） CMS收集器
多线程，优点是并发收集（用户线程可以和GC线程同时工作）

3、G1收集器

特性：
1） 首先收集尽可能多的垃圾(Garbage First)
内部采用了启发式算法，找出具有高收集收益的分区进行收集。
2） 并行和并发
和CMS相似，可以做到用户线程和GC线程同时工作。
3） 内存布局调整
将整个堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），新生代和老年代不再是物理隔离，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合。每个分区都可能随G1的运行在不同代之间前后切换。
G1划分了一个Humongous区，它用来专门存放巨型对象。
4） GC模式
G1提供了两种GC模式，Young GC和Mixed GC，两种都是Stop The World(STW)的。

五、引用文献

[1] https://blog.csdn.net/ft30597...
[2] https://www.cnblogs.com/1024C...
[3] https://blog.csdn.net/x_i_y_u...
[4] https://www.jianshu.com/p/e99...
[5] https://blog.csdn.net/foolish...
[6] https://blog.csdn.net/coderli...
[7] https://www.cnblogs.com/ASPNE...