JVM垃圾收集算法学习笔记

Posted 2022-12-03 等待戈多儿

垃圾收集（Garbage Collection）与垃圾回收是一个意思。

了解GC和内存分配，有助于排查各种内存溢出和内存泄漏问题，当系统达到更高的并发量时，需要对这些自动化的技术（GC）实施必要的监控和调节。

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈是跟随线程的，栈中的栈帧随着方法的进入和退出有条不紊的执行出栈和入栈操作，每一个栈帧分配多少内存基本上是在类结构确定下来的时候确定的（编译期可知），这几个区域在方法结束或者线程结束时内存就随着回收了，所以不用考虑垃圾收集。

但是堆和方法区，只有程序在运行期间才知道会程序会创建哪些对象，内存的分配和回收是动态的，所以垃圾收集关注的是这两个部分。

1.判断对象是不是要回收：可达性分析算法

使用可达性分析算法而不是引用计数算法。因为引用计数算法很难解决对象之间相互循环引用的问题。

可达性分析算法的基本思路是通过一些列称为GC Roots的对象作为起始点，从这些起始点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（GC Roots到这个对象不可达），则证明这个对象是不可用的。

但是不可达的对象也不是直接要被回收的，至少还要经历两次标记过程：第一次标记的时候进行一次筛选，如果对象没有通过finalize()（引用指向this）方法（此方法只能逃脱一次），则被进行第二次标记，如果还没有逃脱就基本被回收了。

可以作为GC Roots的对象包括：

（1）JVM栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象

（2）方法区中类静态属性引用的对象

（3）方法区中常量引用的对象

（4）本地方法栈中JNI(一般的Native方法)引用的对象

四种引用类型：

引用：如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一个引用。

（1）强引用。new 出来的对象，只要引用在垃圾收集器永远不会回收。

（2）软引用。描述还有用但非必需的（类似缓存）。软引用关联的对象，在系统内存溢出之前，对其将进行第二次回收。

（3）弱引用。关联非必需对象。只能生存到下一次垃圾回收之前。

（4）虚引用。不能通过虚引用取得实例，能在这个对象被回收时受到一个系统通知。

JVM规范可以不要求JVM在方法区实现垃圾收集，因为性价比一般较低，堆中一般可回收70%-95%的空间。方法区中主要回收废弃的常量和无用的类。

判定是否废弃常量只需要判定别的地方有无引用，如果没有则被移出常量池。

判定无用的类（同时满足下面3个条件）：

（1）该类的所有实例都已经被回收，Java 堆中不存在该类的任何实例

（2）加载该类的ClassLoader已经被回收

（3）该类的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射机制访问该类的方法

2.垃圾收集算法

（1）标记-清除算法

首先标记处所要回收的对象，标记完成后统一清除。

缺点：标记效率低，清除效率低，回收结束后会产生大量不连续的内存碎片（没有足够连续空间分配内存，提前触发另一次垃圾回收）

（2）复制算法(Survivor的from和to区，from和to会互换角色)

将内存容量划分大小相等的两块，每次只使用其中一块。一块用完，就将存活的对象复制到另一块，然后把使用过的一块一次清除。不用考虑内存碎片，每次只要移动顶端指针，按顺序分配内存即可，实现简单运行高效。

缺点：内存缩小为原来的一般，代价高。浪费50%的空间。

（3）标记-整理算法
标记完成后，将存活的对象移动到一端，然后清除边界以外的内存。使用于对象存活率高的老年代。

（4）分代收集算法

根据对象存活周期不同，将内存划分为几块，进行垃圾收集。Java堆一般分为老年代和新生代，根据各个年代的特点采用适当的收集算法。

新生代：每次垃圾收集都有大量对象死去，少量对象存活，采用复制算法。

老年代：对象存活率高，没有额外空间进行内存分配担保，适合用标记-清除或者标记整理。

并行：多条垃圾收集线程并行工作，用户线程仍然等待。

并发：用户线程与垃圾收集线程同时执行。

垃圾收集器：

Serial 收集器：新生代单线程收集器，工作时必须暂停所有其他工作线程，直到收集结束。目前仅运行于JVM的Client模式下。

Parnew 收集器：Serial 收集器的多线程版本。使用复制算法。Server模式下JVM首选的新生代收集器（除Serial 外只有Parnew 能与CMS收集器配合工作）

Parallel Scavenge 收集器：新生代多线程收集器，使用复制算法。特点是吞吐量优先。动态调整参数提供最合适的停顿时间和最大的吞吐量:GC自适应调节策略。parallel：平行的；Scavenge:清除。

Serial Old收集器：Serial 收集器的老年代版本。使用标记-整理算法。

Parallel Old 收集器：Parallel Scnvenge 收集器的；老年代版本。使用标记-整理算法。适用于CPU敏感、注重吞吐量的场合。

CMS 收集器：Concurrent Mark Sweep 并发标记-清除。重视响应速度，适用于互联网和B/S系统的服务端上。初始标记还是需要Stop the world 但是速度很快。缺点：

CPU资源敏感，无法浮动处理垃圾，会有大量空间碎片产生。

G1 收集器：可替换CMS 收集器 ，当今（2016年）收集器技术发展的前沿成果。

内存分配策略：

（1）对象优先分配在Eden

（2）大对象直接进入老年代

（3）长期存活的对象将进入老年代

（4）幸存区相同年龄对象的占幸存区空间的多于其一半，将进入老年代

（5）空间担保分配（老年代剩余空间需多于幸存区的一半，否则要Full GC）