通过图文给你讲明白java GC的实现原理

本文原链接
http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html

1. JAVA GC 概述

JAVA GC采用了分代思想,将java堆分成新生代，年老代，永久代。GC算法主要有标记-清除，标记-压缩，复制算法。

• 新生代:新生代被分成三个部分 eden区和2个survivor区(from和to两个分区)。当创建对象，需要jvm分配内存时，会在新生代的eden区寻找合适的内存区域。如果当eden区内存不够时，会触发minor GC。eden区存活对象和from区的存活对象将会被复制到to区。当to区的对象年龄超过了晋升的年龄设置，对象将被提升到老年代。新生代GC用的是复制算法
• 年老代: 年老代里存放的都是存活时间较久的，大小较大的对象，因此年老代使用标记整理算法。当年老代容量满的时候，会触发一次Major GC（full GC），回收年老代和年轻代中不再被使用的对象资源。年老代算法用的是标记-清除
• 永久代:指内存的永久保存区域，主要存放Class和Meta（元数据）的信息。Class在被加载的时候被放入永久区域。它和和存放实例的区域不同，GC不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的Class的增多而胀满，最终抛出OOM异常。

2. 图文描述标记-清除和标记-压缩

Step 1:标记(Marking)

GC的第一步叫做标记。在这个步骤GC通过遍历内存区辨别哪些内存在使用，哪些内容没有使用。并做好标记

如上图蓝色的表示存活的对象，金黄色表示垃圾对象。在标记阶段，需要扫描整个该内存区的对象，并标记。这个过程可能会比较耗时

Step 2: 清除(Normal Deletion)

清除阶段移除掉垃圾对象，并且用一个链表维护空闲的区域

内存分配器持有空闲内存区的引用，以便分配内存给新的对象

Step 2a: 压缩(Deletion with Compacting)
为了提升性能，在Step 2的基础上，在删除完垃圾对象后。我们可以把存活的对象移动到内存区的头部。这样下次分配内存的时候会更快。主要原因是标记-清除会造成比较大的内存碎片，每当需要分配内存时，都需要遍历空闲链表。而压缩算法，会把内存碎片整理成一个大的完整内存块。

3. 分代垃圾回收

为什么要采用分代垃圾回收？

正如前面所说，标记和压缩对象，对java虚拟机而言会比较耗时。当java虚拟机分配了越来越多的对象后。GC所花费的时间将会更长。然而根据经验分析，绝大多数的对象存活时间都比较短。这样我们可以把存活长的对象和存活短的对象隔离开。这样GC会更加高效

JVM分代
将jvm堆内存分割成更小的内存区，会提高jvm的gc性能。堆被分成 (新生代)Young Generation,(年老代)Old or Tenured Generation, and (永久代)Permanent Generation

• 所有的对象都会在新生代中分配内存。当新生代内存不够的时候。将会出发minor GC。如果新生代中的对象存活时间都很短，呢么minor GC的效率将会很高。如果新生代里面充满了垃圾对象，那么回收速度将会很快(因为标记的时间短了)。一些存活下来的对象年龄将会增加，并且最终会被移动到年老代
• Stop the World Event:所有的minor GC都是”Stop the World”事件。这意味着出来GC线程，程序的其他线程对将暂停知道GC完成。Minor GC都是Stop the World Event
• 年老代是用来存储长存活时间的对象。典型的我们可以给对象设定一个年龄界限，当新生代的对象存活年龄超过这个界限，对象将会从新生代移动到年老代。当年老代的内存不够的时候，将会出发Major GC。Major GC也是Stop the World Event。通常来说Major GC比Minor GC更慢，因为Major GC回收的是整个新生代和年老代的所有垃圾对象。因此对于响应性高的程序，应该尽量减少Major GC。需要注意的是Stop the World Event的时间受到在年老代中使用的垃圾回收器的影响，不受新生代的影响
• 永久代包含了JVM的元数据。包括类信息，方法信息等。永久代由JVM在应用运行期生成。另外 javase的类库中的类信息也可能存放在这里

分代垃圾回收的处理过程

现在你明白为什么堆分成不同的世代，现在是时候看看这些空间是如何相互作用的。 下面的图片将介绍JVM中的对象分配和老化过程。

1. 一开始，任何新的对象都会在eden空间分配内存，两个survivor空间一开始都是空的

2. 当eden空间被填满了，minor GC将被触发

S0 survivor区对象里的 1 3表示对象的年龄

3. Eden空间的存活的对象将被复制到第一个survivor空间，年龄+1，垃圾对象将会被清除掉

4. 下一次minor GC发生时，Eden空间的存活对象将被复制到空闲的survivor空间S1(年龄+1)，另外在前一次minor GC S0空间的存活对象也会被复制到S1(年龄+1),垃圾对象会被清除掉

5. 下一次minor GC发生时，还是重复第4条的内容，只是两个survivor空间对调了，这次是从S1复制到S0空间

6. 新生代晋升到年老代。当minor GC发生时，如果survivor空间中的对象年龄超过了晋升的年龄限定，对象会被复制到年老代

7. 当minor GC不断触发，将会有对象不断被晋升到年老代

8. 上面的图文完美的解释了minor GC的处理过程。最终，当年老代的内存被填满的时候，将会触发major GC。Major GC在年老代用的是标记压缩算法。同时新生代的对象将被清除

4.后续

后面我将计划写一系列关于垃圾回收的博文。主要内容会涉及到垃圾回收的算法描述。