JVM-垃圾回收器概述

• 垃圾回收器（Garbage Collectors）
• 没有引用指向的对象就是垃圾

根搜索算法（ROOT Searching）

​ 在方法里面有一些局部变量，我们new出一个对象（根对象），这个对象会产生一些引用形成新的对象，新的对象也可能产生一些引用形成新对象。

​ 所以在运行时找到这个方法，只要能找到根对象就不是垃圾，找不到根对象的便是垃圾。

​ 什么是根？

​ 以下来自JVMS（Java虚拟机规范）

• JVM stack : 虚拟机栈中引用的对象
• native method stack ： 本地方法栈中的对象
• runtime constant pool : 运行时常量池
• static references in method area ： 静态引用的对象
• clazz

回收算法

• Mark-Sweep（标记压缩）：
  • 将垃圾标记出来，直接清除掉。
  • 缺点：碎片化，会产生碎片，当分配大对象时可能会找不到空间

• Copying （拷贝）：
  • 将内存一分为二，只用一半
  • 缺点：会造成内存浪费

• Mark-Compact（标记压缩）：
  • 将垃圾标记出来后，再进行一个压缩。利于产生新对象
  • 缺点：效率低

垃圾回收器的发展路线

• 随着内存越来越大的过程而演进

  • 从分代算法演化到不分代算法
  • 前六种：分代
  • G1：概念分代，物理上不分代
  • ZGC、Shenandoah：不分代
  • Epsilon：什么都不干

• serial： 几十兆

• Parallel：几个G

• CMS：几十个G，承上启下，开始并发回收。采用三色标记。

  • 黑色：全部标记完
  • 灰色：自己标记完，成员变量，孩子没标记完
  • 白色：未标记
  • 三色标记一定会产生错标

• G1：上百G，逻辑分代，物理不分代。采用三色标记，但使用SATB算法。解决了CMS中一定要进行重新标记的问题。

• ZGC和Shenandoah：上T，逻辑和物理都不分代。采用ColoredPointers（颜色指针 着色指针）

• Epsilon：啥也不干（调试，确认不用GC参与的程序）

  在早期，会将内存的堆空间分成两个不同的年代

• 新生代，新new出来的对象

  • 年轻代又分为三块：
    • eden（伊甸）
    • 两块survivor（幸存者）
    • 由于对eden进行一次垃圾回收时会有八、九成的对象需要回收，所以当对eden进行垃圾回收的时候，只需要将不需要回收的对象复制到第一块survivor中，然后将整个eden进行垃圾回收。
    • 第二次对eden垃圾回收时，由于第一块survivor中可能也存在需要回收的垃圾，所以将eden和第一块survivor中不需要回收的对象复制到第二块survivor中，然后将eden和survivor中的全部对象进行回收。(YGC)
    • 之后的垃圾回收，只需要将两块survivor调换位置即可。而多次垃圾回收都没有清理掉的对象，会被存放到老年代中。

• 老年代，经历过多次GC的顽固对象

  • 只有当老年代分配不下新对象时才会进行垃圾回收,多数时候在对老年代回收时也会对年轻代进行回收，所以也被叫做Full GC（FGC）

  • 不同垃圾回收器中，能进入老年代的对象的年龄不同

    • ps，po：15
    • CMS：6
    • G1：15

在不同的年代里采用不同的算法

• 年轻代使用Copying算法
• 老年代使用Mark Compact或者Sweep

​ 前六种分代的GC通常进行组合使用

• Serial开头的是单线程
• Parallel开头的是多线程
• parNew：新一代的多线程
• CMS：并发标记清楚
• SerialOld：单线程工作在老年代
• ParallelOld：多线程工作在老年代

Serial Young

a stop-the-world,copying collector which uses a single GC thread

（STW，使用拷贝算法的单线程回收器）

STW：使用垃圾回收器的时候，所有工作线程停止。

Serial Old

a stop-the-world, mark-sweep-compact collector which uses a single GC thread

（STW，使用标记清除或标记压缩算法的单线程回收器）

Parallel Scavenge

a stop-the-world,copying collector which uses multiple GC threads

（STW，使用拷贝算法的多线程回收器）

Parallel Old

a stop-the-world mark-sweep-compact collector which uses multiple GC threads

（STW，使用标记清除或标记压缩算法的多线程回收器）

CMS

先进行初始标记，初始标记会STW（相较于其他分代GC的STW时间更短，因为只找根对象），再进行并发标记，但并发标记会存在标记失误，所以会进行重新标记，重新标记时会STW，最后进行并发清理。

浮动垃圾：在标记过程中，对象被引用，而标记结束后，被停止引用而产生的垃圾。这次没回收掉，下一轮再回收。

parNew

a stop-the-world，copying collector which uses multiple GC threads

（STW，使用标记清除或标记压缩算法的多线程回收器）

与parallel Scavenge的不同点：可以和CMS组合工作

常用组合

• Serial + Serial Old：已不常见
• Parallel Scavenge + Parallel Old：JDK1.8中默认使用的PS+PO组合，称为Parallel GC
• ParNew + CMS

G1

Garbage First

从G1开始不再分代，而是开始了分区（Region）清理。

ZGC和Shenandoah

两者都来源于C4。不需要进行调优，参数只有一个，号称没有任何STW。（但是贼贵）

ZGC是Oracle官方推出的，诞生于JDK11

Shenandoah是RedHat推出的，在JDK12中可以设置，主要跑在Open JDK

Epsilon

• 作测试时使用，观察垃圾产生过程。
• 不需要进行垃圾回收的程序使用

分代GC的路线

​ 在分代模型中，当我们new一个对象时，会优先在栈上分配。

​ 在栈上分配的对象不会涉及垃圾回收器，使用结束后自动弹出。

​ 如果不在栈上分配，会判断该对象大不大。

• 如果大，则直接分配在Old（老年代）中，等待FGC。

• 如果小，则分配在TLAB（线程本地分配缓存区，Thread Local Allocation Buffer），无论是否分配在TLAB中，最终都会分配到eden中。

  • 由于会造成线程同步，资源浪费，所以会为每个线程都分配一块专属的空间，这样不会产生线程竞争，效率高。

  伊甸区的对象经过GC清除后，如果清除掉就结束，没有清除掉进入s1（survivor），再经历GC后，如果仍未被清除掉，就判断年龄，年龄足够进入老年代，年龄不足进入s2。

  注：如何判断new出的对象大不大？

  • new出的对象大小超过了伊甸区
  • 伊甸区中已经存在对象，new出的新对象再伊甸区中放不下且大于伊甸区的一半
  • 通过参数指定

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