Java GC工作原理以及Minor GC、Major GC、Full GC、GC收集相关算法整理

名词解释：

GC：垃圾收集器

Minor GC：新生代GC，指发生在新生代的垃圾收集动作，所有的Minor GC都会触发全世界的暂停（stop-the-world），停止应用程序的线程，不过这个过程非常短暂。

Major GC/Full GC：老年代GC，指发生在老年代的GC。

JVM：Java Virtual Machine（Java虚拟机）的缩写。

 

正文：

>堆

众所周知，所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配，堆被划分为新生代和老年代，新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，而Survivor由FromSpace和ToSpace组成。

新生代：新创建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足时，触发Minor GC，这时会把存活的对象转移进Survivor区。

老年代：老年代用于存放经过多次Minor GC之后依然存活的对象。

结构图如下：

  

>栈

每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧，每个栈帧包括局部变量区和操作数栈，用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果。

 

>本地方法栈

用于支持native方法的执行，存储了每个native方法调用的状态。

 

>方法区

存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代(PermanetGeneration)来存放方法区。

 

以上是JVM内存组成结构。

 

 

进入正题：JVM垃圾回收机制

JVM分别对新生代和老年代采用不同的垃圾回收机制。

GC触发条件：Eden区满了触发Minor GC，这时会把Eden区存活的对象复制到Survivor区，当对象在Survivor区熬过一定次数的Minor GC之后，就会晋升到老年代（当然并不是所有的对象都是这样晋升的到老年代的），当老年代满了，就会报OutofMemory异常。

 

新生代的GC（Minor GC）：

新生代通常存活时间较短基于Copying算法进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和FromSpace或ToSpace之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从Eden到Survivor，最后到老年代。

在执行机制上JVM提供了串行GC(SerialGC)、并行回收GC(ParallelScavenge)和并行GC(ParNew)：

串行GC

在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行，适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上，是client级别默认的GC方式，可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定。

并行回收GC

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行，适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上，是server级别默认采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC来强制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数。

并行GC

与老年代的并发GC配合使用。

 

老年代的GC（Major GC/Full GC）：

老年代与新生代不同，老年代对象存活的时间比较长、比较稳定，因此采用标记(Mark)算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并、要么标记出来便于下次进行分配，总之目的就是要减少内存碎片带来的效率损耗。

在执行机制上JVM提供了串行GC(Serial MSC)、并行GC(Parallel MSC)和并发GC(CMS)。

串行GC（Serial MSC）

client模式下的默认GC方式，可通过-XX:+UseSerialGC强制指定。每次进行全部回收，进行Compact，非常耗费时间。

并行GC（Parallel MSC）(吞吐量大，但是GC的时候响应很慢)

server模式下的默认GC方式，也可用-XX:+UseParallelGC=强制指定。可以在选项后加等号来制定并行的线程数。

并发GC（CMS）(响应比并行gc快很多，但是牺牲了一定的吞吐量)

使用CMS是为了减少GC执行时的停顿时间，垃圾回收线程和应用线程同时执行，可以使用-XX:+UseConcMarkSweepGC=指定使用，后边接等号指定并发线程数。CMS每次回收只停顿很短的时间，分别在开始的时候（Initial Marking），和中间（Final Marking）的时候，第二次时间略长。CMS一个比较大的问题是碎片和浮动垃圾问题（Floating Gabage）。碎片是由于CMS默认不对内存进行Compact所致，可以通过-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection。

 

虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor区，并将对象年龄设为 1。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就增加1，当它的年龄增加到一定程度（默认为15）时，就会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。

 

 

GC判断对象是否"存活"或"死去"（GC回收的对象）：

1.引用计数器算法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器的值加1；当引用失效时，计数器的值减；当该对象的计数器的值为0时，标志该对象失效。

2.跟搜索算法

基本思路：通过一系列的名为“GCRoots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索过的路径称为引用链，当一个对象到GCRoots没有任何引用链相连（用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明对象是不可用的。

 

附JVM GC组合方式：

转载请注明：李锋镝的个人博客>> http://www.lifengdi.com/article/10021.html

 

GC算法整理：

在C/C++中是由程序员自己去申请、管理和释放内存的，因此没有GC的概念。而在Java中，专门有一个用于垃圾回收的后台线程来进行监控、扫描，自动将一些无用的内存进行释放。下面介绍几种常见的GC算法。

引用计数法 Reference Counting

给对象添加一个引用计数器，每过一个引用计数器值就+1，少一个引用就-1。当它的引用变为0时，该对象就不能再被使用。它的实现简单，但是不能解决互相循环引用的问题。

根搜索算法 GC Roots Tracing

以一系列叫“GC Roots”的对象为起点开始向下搜索，走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象没有和任何引用链相连时，证明此对象是不可用的，用图论的说法是不可达的。那么它就会被判定为是可回收的对象。

JAVA里可作为GC Roots的对象 
虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象 
方法区中的类静态属性引用的对象 
方法区中的常量引用的对象 
本地方法栈中JNI（即Native方法）的引用的对象

标记-清除算法 Mark-Sweep

这是一个非常基本的GC算法，它是现代GC算法的思想基础，分为标记和清除两个阶段：先把所有活动的对象标记出来，然后把没有被标记的对象统一清除掉。但是它有两个问题，一是效率问题，两个过程的效率都不高。二是空间问题，清除之后会产生大量不连续的内存。

复制算法 Copying

复制算法是将原有的内存空间分成两块，每次只使用其中的一块。在GC时，将正在使用的内存块中的存活对象复制到未使用的那一块中，然后清除正在使用的内存块中的所有对象，并交换两块内存的角色，完成一次垃圾回收。它比标记-清除算法要高效，但不适用于存活对象较多的内存，因为复制的时候会有较多的时间消耗。它的致命缺点是会有一半的内存浪费。

标记整理算法 Mark-Compact

标记整理算法适用于存活对象较多的场合，它的标记阶段和标记-清除算法中的一样。整理阶段是将所有存活的对象压缩到内存的一端，之后清理边界外所有的空间。它的效率也不高。

 

算法转载自：https://blog.csdn.net/windcake/article/details/54810052