JVM 垃圾回收

JVM 垃圾回收

引用类型

1. 强引用：发生 gc 的时候不会被回收

2. 软引用：有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收

3. 弱引用：有用但不是必须的对象，在下一次 GC 时会被回收

4. 虚引用（幽灵引用/幻影引用）：无法通过虚引用获得对象

   用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知

垃圾辨别方法

1. 引用计数器
   • 为每个对象创建一个引用计数，有对象引用时计数器 +1，引用被释放时计数 -1
   • 当计数器为 0 时就可以被回收。缺点是不能解决循环引用的问题
2. 可达性分析
   • 从 GC Roots 开始向下搜索，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时，则证明此对象是可以被回收的

GC Roots，GC 的根集合， 是一组必须活跃的引用

可作为 GC Roots 的对象有：

1. 虚拟机（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（即一般说的 native 方法）中引用的对象

垃圾收集算法

1. 引用计数（Reference Counting）

   • 原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数
   • 垃圾回收时，只用收集计数为 0 的对象
   • 缺点：无法处理循环引用问题

2. 标记-清除（Mark-Sweep）

   • 第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象
   • 第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除
   • 缺点：此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片

3. 复制（Copying）

   • 把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域
   • 垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。次算法每次只处理正在使用中的对象
   • 因为复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不会出现“碎片”问题
   • 缺点：需要两倍内存空间

4. 标记-整理（Mark-Compact）

   • 第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用对象
   • 第二阶段遍历整个堆，将所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存
   • 此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题

5. 分代（Generational Collecting）

   • 基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法
   • 把堆中对象分为年青代、年老代、持久代（JDK8 不存在持久代）
   • 对不同生命周期的对象使用不同的算法进行回收
   • 现在的垃圾回收器一般使用此算法

分代回收算法

起源：研究发现，大部分 java 对象只存活一小段时间，而存活下来的小部分 java 对象则会存活很长一段时间

简单来说，将堆分成两部分，年轻代用来存放新对象，当对象存活时间够长时，移动到年老代

堆的分代

1. 年轻代 Young Generation

   • 默认占总空间的 1/3（通过 -XX:NewRatio 指定年轻代和老年代比例）
   • 分为 Eden、To Survivor、From Survivor 三个区，默认占比 8：1：1（通过 -XX:SurvivorRatio 指定）

2. 年老代 Tenured Generation

   • 默认占总空间的 2/3

3. 持久代 Perm Generation（JDK8后不存在）

   • 即方法区，用于存放静态文件，如今Java类、方法等
   • 持久代对垃圾回收没有显著影响
   • 在 JDK8 中，废弃了持久代，改用元空间（metaspace）实现方法区，属于本地内存

分代收集

1. 年轻代回收器

   • 假设大部分对象都存活很短时间，需要频繁采用耗时较短的垃圾回收算法

   • 新生代垃圾收集器一般采用复制算法，优点是效率高，缺点是内存利用率低

   • 垃圾收集器有：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

2. 年老代回收器

   • 假设老年代中的对象大概率继续存活，真正触发老年代 gc 时，代表假设出错或堆空间已耗尽，一般需要全堆扫描，全局垃圾回收
   • 老年代收集器一般采用的是标记-整理的算法进行垃圾回收
   • 垃圾收集器有：Serial Old、Parallel Old、CMS

3. 整堆回收器

   G1：兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现，JDK 9 以后的默认 GC 选项

回收过程

新对象存放在年轻代的 Eden 分区，Eden 空间耗尽时，触发 gc，一般使用复制算法

年老代空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的执行算法

1. 把 Eden 和 From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区
2. 清空 Eden 和 From Survivor 分区
3. From 和 To 交换指针，保证下次 gc 前To Survivor 为空
4. Survivor 分区的对象，经过一次复制年龄就 +1，年龄到达 15时（默认 15），Survivor 分区升级为老生代。对象也会直接进入年老代

gc 类型

1. Minor GC

   • 一般情况下，当新对象生成，并且在 Eden 申请空间失败时，就会触发Minor GC
   • 在年轻代 Eden 区域进行GC，清除不存活对象，并且把尚且存活的对象移动到 Survivor 区。然后整理 Survivor 的两个区
   • 很频繁的 gc，不影响老年代

2. Full GC
   对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC。有如下原因可能导致Full GC：

   • Tenured 被写满
   • Perm 域被写满（JDK8 之前）
   • System.gc( ) 被显示调用
   • 上一次 GC 之后堆的各域分配策略动态变化

垃圾收集器

收集器分类

1. 串行收集器

   • 使用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，所以效率比较高

   • 无法使用多处理器的优势，所以适合单处理器机器，也可以用在小数据量情况下的多处理器机器

   • 可以使用 -XX:+UseSerialGC 打开

2. 并发收集器

   • 对年轻代进行并行垃圾回收，可以减少垃圾回收时间。一般在多线程多处理器机器上使用

     使用 -XX:+UseParallelGC 打开

   • 并行收集器 jdk5 引入，在 jdk6 中进行了增强，可对堆年老代进行并行收集

     使用 -XX:+UseParallelOldGC 打开

   • 如果年老代不使用并发收集，而使用单线程进行垃圾回收，会制约扩展能力

3. 并发收集器

   • 可以保证大部分工作都并发进行（应用不停止），垃圾回收只暂停很少的时间
   • 此收集器适合对响应时间要求比较高的中、大规模应用
   • 使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC 打开

常见收集器

1. Serial：最早的单线程串行垃圾回收器
2. Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，同样也是单线程的，可以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案
3. ParNew：是 Serial 的多线程版本
4. Parallel ：
   • 和 ParNew 收集器类似，是多线程的收集器
   • Parallel 是吞吐量优先的收集器，可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量
5. Parallel Old：
   • 是 Parallel 老生代版本
   • Parallel 使用复制算法，Parallel Old 使用标记-整理算法
6. CMS：一种以获得最短停顿时间为目标的收集器，非常适用 B/S 系统
7. G1：一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现，是 JDK 9 以后的默认 GC 选项

CMS 收集器

1. CMS：Concurrent Mark-Sweep

   • 牺牲吞吐量来获得最短回收停顿时间

   • 非常适合用在要求服务器响应速度的应用上

   • 使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC 来指定使用 CMS 垃圾回收器

2. CMS 使用标记-清除的算法

   • 在 gc 时候会产生大量的内存碎片
   • 当剩余内存不能满足程序运行要求时，系统将会出现 Concurrent Mode Failure
   • 临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除，此时的性能将会被降低