JVM学习-垃圾回收器和内存分配

Posted 2020-12-21 maopneo

1. 判断对象存活

回收内存首先需要判断，那些内存需要回收。即需要判断那些对象还存活着，则这些是不需要被回收的。

(1) 引用计数法

原理：对象中添加一个引用计数器。被引用则累计。则计数器中数值大于0，则代表仍然被引用，不能被回收。

缺点：不能解决循环引用的情况。

(2) 可达性分析法

原理：从一些称为GCRoots的对象结点开始，向下开始搜索，根据是否能到达来判断对象的存活。其中，从GCRoots对象到目标对象之间的路径称为引用链。

 

GCRoots的对象包含以下几种：JAVA虚拟栈中的局部变量表中的引用对象、本地方法栈中引用的对象、方法区中静态属性引用的对象、方法区中，常量引用的对象。

2. 垃圾回收算法

(1) 标记-清除法

原理：首先先标记需要回收的对象，再标记完成后统一回收所有标记的对象。

缺点：效率【标记和回收的效率都不高】、空间【只是将需要回收的对象回收，没有将空间系统的整理，所以，会有很多的内存碎片，使用起来不好使用】

(2) 标记-复制法

原理：将内存分为两部分S1和S2，每次使用其中的一部分，比如S1。等S1空间满了的时候，将其中未被标记出来的【存活的对象】复制到另外一个内存空间S2中，回收整个S1。

缺点：内存使用只有原来的一半。如果存活率较高的情况下，这种算法效率会降低。

(3) 标记-整理法

原理：首先标记需要被删除的对象。然后将所有存活的对象向一侧移动。完成后清理掉端边以外的内存。

(4) 分代收集法

根据内存存活周期的不同，划分成不同的几块。JAVA堆一般分为新生代和老年代。根据各自年代的特点，选择适合的收集算法。比如：新生代存活率低，因此，新生代选择复制算法。老年代存活率较高，没有额外空间对其进行担保，必行采用“标记-清除”算法或者“标记-清理”算法进行回收。

①　新生代的回收算法

1) 新生代内存按照8:1:1的比例分为一个eden区和两个survivor (survivor0,survivor1)区。一个Eden区，两个 Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。回收时先将eden区存活对象复制到一个survivor0区，然后清空eden区，当这个survivor0区也存放满了时，则将eden区和survivor0区存活对象复制到另一个survivor1区，然后清空eden和这个survivor0区，此时survivor0区是空的，然后将survivor0区和survivor1区交换，即保持survivor1区为空， 如此往复。

2) 当survivor1区不足以存放 eden和survivor0的存活对象时，就将存活对象直接存放到老年代。

3) 若是老年代也满了就会触发一次Full GC，也就是新生代、老年代都进行回收。

②　老年代的回收算大

1) 在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

2) 内存比新生代也大很多(大概比例是1:2)，当老年代内存满时触发Major GC即Full GC，Full GC发生频率比较低，老年代对象存活时间比较长，存活率标记高。

③　永久代的回收算法

3. 垃圾回收器

Hotspot 所包含的垃圾回收器。

 

 

 

垃圾回收器从线程运行情况分类三种

①　串行回收：serial回收器，单线程回收。全程stw(Stop The World)。

②　并行回收：名称以parallel开头的回收器【parallel scavenge回收器、parallel old 回收器】，多线程回收。全程(Stop The World)。

③　并发回收：CMS和G1，多线程分阶段回收。只有某阶段会(Stop The World)。

 

(1) Serial收集器（复制算法)

新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效。

(2) Serial Old收集器(标记-整理算法)

老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本。

(3) ParNew收集器(停止-复制算法)

新生代收集器，可以认为是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现。

(4) Parallel Scavenge收集器(停止-复制算法)

并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。

(5) Parallel Old收集器(停止-复制算法)

Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量优先。

(6) CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清理算法）

特点：

A. 只会回收老年代和永久代，不会回收年轻代。

B. CMS是一种预处理垃圾回收器，它不能等到old内存用尽时回收。需要在内存用尽前完成回收。否则会导致并发回收失败。所以，CMS垃圾回收器在开始工作有一个触发的阈值，默认为老年代或者永久代的92%。

CMS基于“标记-清除”算法实现的。是最常用的垃圾回收器。CMS垃圾回收器的工作原理有7个步骤

1．初始化标记，会导致stw

2．并发标记，与用户线程同时运行。

3．预清理-与用户线程同时运行。

4．可被终止的预清理，与用户线程同时运行

5．重新标记，会导致swt

6．并发清除，与用户线程同时运行。

7．并发重置状态等待下一次CMS触发，与用户线程同时运行。

CMS运行流程如下：

 

 

4. GC的种类和触发

?由于对象进行了分代处理，因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型：Scavenge GC和Full GC。

(1) Scavenge GC

一般情况，在创建新对象的时候，对Eden申请空间失败的时候，会触发Scavenge GC。清除Eden中非存活对象，将存活对象移动到S1中。然后整理两个S区。这种GC对老年代不影响。对Eden GC的频率比较高，因此，需要效率比较高的算法【复制算法】。

(2) Full GC

对整个堆进行整理。包含新生代，老年代。所以比Scavenge GC消耗时间长。所以，需要尽可能少的较少FULL GC的次数。

触发场景：老年代被写满（Tenured）、持久代被写满（Perm）、System.GC被显示调用。

5. 内存分配和回收策略

对象分配的时候，需要选择一片未被使用的空间。同时两个线程需要创建对象。因此，可能产生并发冲突问题。解决的方案有两个。其一：分配空间的时候，保证同一时刻只有一个线程在申请空间。其二：每个线程在堆中获得一块区域。用来创建线程自己的对象。Thread Local Allocation Buffer，简称TLAB。

(1) 对象优先在Eden中分配

(2) 大对象直接进入老年代

设置参数，申请空间大于设定的阈值，则直接创建在老年代中。

(3) 长期存活的对象进入老年代

根据设置晋升老年代的年龄阈值，对象超过设置的阈值，则移动到老年代。

(4) 动态对象年龄判断

根据比例选择年龄阈值。相同年龄的对象大小总和大于等于整体S的一半，则当前年龄为阈值。大于或者等于这个年龄的对象可以移动到老年代，而不需要和年龄阈值比较。

(5) 空间分配担保

新生代无法分配内存的时候，把新生代对象转移到老年代中，然后把新对象放入腾空的新生代中。

如果老年代不能做担保【有连续的空间且大于S区中所有对象的总和--S可以全部移动过去】担保失败会引起Full GC。需要尽量避免频发Full GC。所以，需要了解空间分配担保。

（一）垃圾回收器和内存分配