JVM垃圾回收

Posted 2020-10-03 小~虎

 垃圾回收的概念和其算法

垃圾回收(Garbage Collection,简称GC)，GC中的垃圾特指存于内存中，不会再被使用的对象，而回收就是相当于把垃圾“倒掉”。垃圾回收有很多算法，如引用计数法，标记压缩法，复制算法，分代、分区的思想。

 

引用计数法：这是个比较古老而经典的垃圾收集算法，其核心就是在对象被其他所引用时计数器加1，而当引用失效时则减1，但是这种方式有非常严重的问题：无法处理循环引用的情况、还有就是每次进行加减操作比较浪费系统性能。

标记清除法；就是分为标记和清楚两个阶段进行处理内存中的对象，当然这种方式也有非常大的弊端，就是空间碎片问题，垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内存空间。

复制算法：其核心思想就是将内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存留对象复制到未被使用的内存块中去，之后去清楚之前正在使用的内存块中所有的对象，反复去交换两个内存的角色，完成垃圾收集。(java中新生代的from和to空间就是使用这个算法)

标记压缩法：标记压缩法在标记清除法基础之上做了优化，把存活的对象压缩到内存一端，而后进行垃圾清理。(java中老年代使用的就是标记压缩法)

分代算法：就是根据对象的特点把内存分为N块，而后根据每个内存的特点使用不同的算法。

对于新生代和老年代来说，新生代回收频率很高，但是每次回收耗时都很短，而老年代回收频率较低，但是耗时会相对较长，所以应该尽量减少老年代的GC。

分区算法：其主要就是将整个内存分为N多个小的独立空间，每个小空间都可以独立使用，这样细粒度的控制一次回收都少个小空间和那些个小空间，而不是对整个空间进行GC，从而提升性能，并减少GC的停顿时间，

垃圾回收时的停顿现象

垃圾回收器的任务是识别和回收垃圾对象进行内存清理，为了让垃圾回收器可以高效的执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿的状态。停顿的目的是终止所有应用线程，只有这样系统才不会有新的垃圾产生，同时停顿保证了系统状态在某一瞬间的一致性，也有益于更好的标记垃圾对象。因此在垃圾回收时，都会产生应用程序的停顿。

对象如何进入老年代

一般而言，对象首次创建会被放置在新生代的eden区，如果没有GC介入，则对象不会离开eden区，那么eden区的对象如何进入老年代呢？一般来讲，只要对象的年龄达到一定的大小，就会自动离开年轻代进入老年代，对象年龄是由对象经历数次GC来决定的，在新生代每次GC之后如果对象没有被回收则年龄+1，虚拟机提供了一个参数来控制新生代对象的最大年龄，当超过这个年龄范围就会晋升老年代。

-XX:MaxTenuringThreshold，默认情况下为15

总结：根据设置MaxTenuringThreshold参数，可以指定新生代对象经过多少次回收后进入老年代。

另外，大对象(新生代eden区无法装入时，也会直接进入老年代)。JVM里有个参数可以设置对象的大小超过在指定的大小之后，直接晋升老年代。

-XX：PretenureSizeThreshold

总结：使用PretenureSizeThreshold可以进行指定进入老年代的对象大小，但是要注意TLAB区域优先分配空间。

TLAB

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。

-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，则在堆创建对象。

-XX:+PrintTLAB 查看TLAB信息

-XX:ResizeTLAB 自调整TLABRefillWasteFraction阀值

对象创建流程图

一个对象创建在什么位置，JVM会有一个比较细节的流程，根据数据的大小，参数的设置，决定如何创建分配，以及其位置，

垃圾收集器

 在java虚拟机中，垃圾回收器不仅仅只有一种，什么情况下该使用哪种，对性能又有什么样的影响。

串行垃圾回收器

并行垃圾回收器

CMS回收器

G1回收器

串行回收器

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。串行回收器可以在新生代和老年代使用，根据作用于不同的堆空间，分为心神大概串行回收器和老年代串行回收器。

使用-XX:+UseSerialGC参数可以设置使用新生代串行回收器和老年代串行回收器

并行回收器(ParNew回收器)

并行回收器在串行回收器基础上做了改进，他可以使用多个线程同时进行垃圾回收，对于计算能力强的计算机而言，可以有效的缩短垃圾回收所需的实际时间。

ParNew回收器是一个工作在新生代的垃圾收集器，他只是简单的将串行回收器多线程化，他的回收策略和算法和串行回收器一样。

使用-XX:+UseParNewGC 新生代ParNew回收器，老年代则使用串行回收器

ParNew回收器工作时的线程数量可以使用-XX:ParallelGCThreads参数指定，一般最好和计算机的CPU相当，避免过多的线程影响性能。

并行回收器(ParallelGC回收器)

新生代ParallelGC回收器，使用了复制算法的收集器，也是多线程独占形式的收集器，但ParallelGC回收器有个非常重要的特点，就是它非常关注系统的吞吐量。

提供了两个非常关键的参数控制系统的吞吐量

-XX:MaxGCPauseMillis :设置对打垃圾收集停顿时间，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，他是一个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。

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。

CMS回收器

CMS全称为：ConcurrentMark-Sweep 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:+UseDondMarkSweepGC进行设置。

使用-XX:ConcGCThreads设置并发线程数量。

CMS并不是独占的回收器，也就是说CMS回收过程中，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:CMSlnitiatingOccupancyFraction来指定，默认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，CNS回收就会失败，虚拟机将启动老年代串行回收器进行垃圾回收，这回导致应用程序中断，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:CMSlnitiatingOccupancyFraction的设置需要根据实际的情况。

标记清楚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。