你不得不知道的JVM 垃圾回收

Posted 2023-02-19

参考技术A

一、四种引用方式
1.1 强引用
1.2 软引用（SoftReference）
1.3 弱引用（WeakReference）
1.4 虚引用（PhantomReference）

二、如何判断对象是垃圾
2.1 引用计数法
2.2 根可达性分析

三、垃圾回收算法
3.1 标记-清除（mark-sweep）
3.2 标记-整理（mark-compact）
3.3 标记-复制（mark-copy）

四、垃圾收集器
4.1 分类及特点简述
4.1.1 串行
4.1.2 吞吐量优先
4.1.3 响应时间优先
4.2 串行垃圾回收器详述
4.2.1 Serial
4.2.2 Serial-Old
4.2.3 流程图
4.3 吞吐量优先垃圾回收器详述
4.3.1 JVM相关参数
4.3.2 流程图
4.4、响应时间优先垃圾回收器详述
4.4.1 JVM相关参数
4.4.2 流程图
4.3.3 CMS的特点

五、G1垃圾回收器
5.1 相关JVM参数
5.2 特点
5.3 G1新生代垃圾回收
5.4 G1老年代垃圾回收

只有所有 GC Roots对象都不通过【强引用】引用该对象，该对象才可以被回收。

某个对象只要有一处引用关系，该对象的引用次数就加1，如果一个对象的引用次数为0，则说明该对象是垃圾。

优势：实现简单，效率较高

弊端：如果有一对对象之间形成了相互引用，但是这两个对象都已经没有被其它对象所引用了，正常情况下，这一对对象应该被作为垃圾回收掉，但是因为形成了相互引用导致无法被回收。

通过GC Root对象开始向下寻找，寻找不到的对象即说明没有被引用，那么这些没有被引用的对象被认定为垃圾。

目前，如下对象可以作为GC Root对象：

很好理解，即在GC的放生时候，先对所有对象进行根可达性分析，借此标记所有的垃圾对象；所有对象标记完毕之后会进行清理操作。

因此，总体来说，就是先标记再清除。

弊端；标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，碎片太多可能会导致程序运行过程中需要分配较大对象时，无法满足分配要求导致GC操作。

该回收算法操作过程基本等同于 标记-清除 算法只不过，第二步有点区别，该种方式会在清除的过程中进行 整理 操作，这是最大的不同。

优势：最终不会出现若干空间碎片而导致的空间浪费。

弊端：在整理过程中带来的计算不可小觑。

该种方式与前两种有较大的区别：

该种方式会将存储区分成两个部分，分别为From、To，其中From区域中可能存在着对象，而To区域始终为空，用做下一次接受数据做准备。

分别有两个指针指向这两个区域：From-Pointer、To-Pointer，

优点：这种算法非常适合早生夕死的对象

缺点：始终有一块内存区域是未使用的，造成空间的浪费。

特点：

特点：

特点：

JVM开关：-XX:+UseSerialGC = Serial + SerialOld

上图是：CMS垃圾回收器在老年代GC的工作流程图：

经过上面的文字分析，新生代的Region个数为所有Region个数的5%；这个数值其实是很小的，那么当新生代Region不够用的时候，JVM会划分更多的Region个数给新生代；

当新生代的Region个数占比所有Region个数超过 60% 时，就会进行一次新生代的垃圾回收。

新生代垃圾回收会造成STW。

具体的垃圾回收算法同其它几个新生代垃圾回收器一样，新生代都使用复制算法。

老年代垃圾回收触发机制与参数-XX:InitaingHeapOccupancyPercent有关。

但是需要注意的是：这一次的老年代回收，其实是一次混合垃圾回收，会同时清理新生代、老年代、Humongous。

与新生代回收算法一致，依然使用复制算法，但是垃圾回收的过程等同于老年代响应时间优先的CMS方式

流程分为：

7 种 JVM 垃圾回收器，你知道几个？

前言

今天我们来讲讲jvm最重要的堆内存是如何使用垃圾回收器进行垃圾回收，并且如何使用命令去配置使用这些垃圾回收器。

堆内存详解

上面这个图大家应该已经很明白了吧。大家就可以理解成一个房子被分成了几个房间，每个房间的作用不同而已，有的是婴儿住的，有的是父母住的，有的是爷爷奶奶住的

• 堆内存被划分为两块，一块的年轻代，另一块是老年代。

• 年轻代又分为Eden和survivor。他俩空间大小比例默认为8:2,

• 幸存区又分为s0和s1。这两个空间大小是一模一样的，就是一对双胞胎，他俩是1:1的比例

堆内存垃圾回收过程

第一步

新生成的对象首先放到Eden区，当Eden区满了会触发Minor GC。

第二步

第一步GC活下来的对象，会被移动到survivor区中的S0区，S0区满了之后会触发Minor GC，S0区存活下来的对象会被移动到S1区，S0区空闲。

S1满了之后在GC，存活下来的再次移动到S0区，S1区空闲，这样反反复复GC，每GC一次，对象的年龄就涨一岁，达到某个值后（15），就会进入老年代。

第三步

在发生一次Minor GC后（前提条件），老年代可能会出现Major GC，这个视垃圾回收器而定。

Full GC触发条件

• 手动调用System.gc，会不断的执行Full GC

• 老年代空间不足/满了

• 方法区空间不足/满了

注意

们需要记住一个单词：stop-the-world。它会在任何一种GC算法中发生。stop-the-world 意味着JVM因为需要执行GC而停止应用程序的执行。

当stop-the-world 发生时，除GC所需的线程外，所有的线程都进入等待状态，直到GC任务完成。GC优化很多时候就是减少stop-the-world 的发生。

回收哪些区域的对象

需要注意的是，JVM GC只回收堆内存和方法区内的对象。而栈内存的数据，在超出作用域后会被JVM自动释放掉，所以其不在JVM GC的管理范围内。

堆内存常见参数配置

参数	描述
-Xms	堆内存初始大小，单位m、g
-Xmx	堆内存最大允许大小，一般不要大于物理内存的80%
-XX:PermSize	非堆内存初始大小，一般应用设置初始化200m，最大1024m就够了
-XX:MaxPermSize	非堆内存最大允许大小
-XX:NewSize（-Xns）	年轻代内存初始大小
-XX:MaxNewSize（-Xmn）	年轻代内存最大允许大小
-XX:SurvivorRatio=8	年轻代中Eden区与Survivor区的容量比例值，默认为8，即8:1
-Xss	堆栈内存大小
-XX:NewRatio=老年代/新生代	设置老年代和新生代的大小比例
-XX:+PrintGC	jvm启动后，只要遇到GC就会打印日志
-XX:+PrintGCDetails	查看GC详细信息，包括各个区的情况
-XX:MaxDirectMemorySize	在NIO中可以直接访问「直接内存」，这个就是设置它的大小，不设置默认就是最大堆空间的值-Xmx
-XX:+DisableExplicitGC	关闭System.gc()
-XX:MaxTenuringThreshold	垃圾可以进入老年代的年龄
-Xnoclassgc	禁用垃圾回收
-XX:TLABWasteTargetPercent	TLAB占eden区的百分比，默认是1%
-XX:+CollectGen0First	FullGC时是否先YGC，默认false

TLAB 内存

TLAB全称是Thread Local Allocation Buffer即线程本地分配缓存，从名字上看是一个线程专用的内存分配区域，是为了加速对象分配而生的。

每一个线程都会产生一个TLAB，该线程独享的工作区域，java虚拟机使用这种TLAB区来避免多线程冲突问题，提高了对象分配的效率。

TLAB空间一般不会太大，当大对象无法在TLAB分配时，则会直接分配到堆上。

参数	描述
-Xx:+UseTLAB	使用TLAB
-XX:+TLABSize	设置TLAB大小
-XX:TLABRefillWasteFraction	设置维护进入TLAB空间的单个对象大小，他是一个比例值，默认为64，即如果对象大于整个空间的1/64，则在堆创建
-XX:+PrintTLAB	查看TLAB信息
-Xx:ResizeTLAB	自调整TLABRefillWasteFraction阀值。

垃圾回收器总览

新生代可配置的回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

老年代配置的回收器：CMS、Serial Old、Parallel Old

新生代和老年代区域的回收器之间进行连线，说明他们之间可以搭配使用。

新生代垃圾回收器

Serial 垃圾回收器

Serial收集器是最基本的、发展历史最悠久的收集器。俗称为：串行回收器，采用复制算法进行垃圾回收

特点

串行回收器是指使用单线程进行垃圾回收的回收器。每次回收时，串行回收器只有一个工作线程。

对于并行能力较弱的单CPU计算机来说，串行回收器的专注性和独占性往往有更好的性能表现。

它存在Stop The World问题，及垃圾回收时，要停止程序的运行。

使用-XX:+UseSerialGC参数可以设置新生代使用这个串行回收器

ParNew 垃圾回收器

ParNew其实就是Serial的多线程版本，除了使用多线程之外，其余参数和Serial一模一样。俗称：并行垃圾回收器，采用复制算法进行垃圾回收

特点

ParNew默认开启的线程数与CPU数量相同，在CPU核数很多的机器上，可以通过参数-XX:ParallelGCThreads来设置线程数。

它是目前新生代首选的垃圾回收器，因为除了ParNew之外，它是唯一一个能与老年代CMS配合工作的。

它同样存在Stop The World问题

使用-XX:+UseParNewGC参数可以设置新生代使用这个并行回收器

ParallelGC 回收器

ParallelGC使用复制算法回收垃圾，也是多线程的。

特点

就是非常关注系统的吞吐量，吞吐量=代码运行时间/(代码运行时间+垃圾收集时间)

-XX:MaxGCPauseMillis：设置最大垃圾收集停顿时间，可用把虚拟机在GC停顿的时间控制在MaxGCPauseMillis范围内，如果希望减少GC停顿时间可以将MaxGCPauseMillis设置的很小，但是会导致GC频繁，从而增加了GC的总时间，降低了吞吐量。所以需要根据实际情况设置该值。

-Xx:GCTimeRatio：设置吞吐量大小，它是一个0到100之间的整数，默认情况下他的取值是99，那么系统将花费不超过1/(1+n)的时间用于垃圾回收，也就是1/(1+99)=1%的时间。

另外还可以指定-XX:+UseAdaptiveSizePolicy打开自适应模式，在这种模式下，新生代的大小、eden、from/to的比例，以及晋升老年代的对象年龄参数会被自动调整，以达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。

使用-XX:+UseParallelGC参数可以设置新生代使用这个并行回收器

老年代垃圾回收器

SerialOld 垃圾回收器

SerialOld是Serial回收器的老年代回收器版本，它同样是一个单线程回收器。

用途

• 一个是在JDK1.5及之前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用，

• 另一个就是作为CMS收集器的后备预案，如果CMS出现Concurrent Mode Failure，则SerialOld将作为后备收集器。

使用算法：标记 - 整理算法

ParallelOldGC 回收器

老年代ParallelOldGC回收器也是一种多线程的回收器，和新生代的ParallelGC回收器一样，也是一种关注吞吐量的回收器，他使用了标记压缩算法进行实现。

-XX:+UseParallelOldGc进行设置老年代使用该回收器

-XX:+ParallelGCThreads也可以设置垃圾收集时的线程数量。

CMS 回收器

CMS全称为:Concurrent Mark Sweep意为并发标记清除，他使用的是标记清除法。主要关注系统停顿时间。

使用-XX:+UseConcMarkSweepGC进行设置老年代使用该回收器。

使用-XX:ConcGCThreads设置并发线程数量。

特点

CMS并不是独占的回收器，也就说CMS回收的过程中，应用程序仍然在不停的工作，又会有新的垃圾不断的产生，所以在使用CMS的过程中应该确保应用程序的内存足够可用。

CMS不会等到应用程序饱和的时候才去回收垃圾，而是在某一阀值的时候开始回收，回收阀值可用指定的参数进行配置：-XX:CMSInitiatingoccupancyFraction来指定，默认为68，也就是说当老年代的空间使用率达到68%的时候，会执行CMS回收。

如果内存使用率增长的很快，在CMS执行的过程中，已经出现了内存不足的情况，此时CMS回收就会失败，虚拟机将启动老年代串行回收器；SerialOldGC进行垃圾回收，这会导致应用程序中断，直到垃圾回收完成后才会正常工作。

这个过程GC的停顿时间可能较长，所以-XX:CMSInitiatingoccupancyFraction的设置要根据实际的情况。

标记清除法有个缺点就是存在内存碎片的问题，那么CMS有个参数设置-XX:+UseCMSCompactAtFullCollecion可以使CMS回收完成之后进行一次碎片整理。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction参数可以设置进行多少次CMS回收之后，对内存进行一次压缩。

G1 回收器

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