JVM调优---垃圾收集器&内存分配策略

I  垃圾收集器

---

对象是死是活？

在堆里面存放着Java世界中几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事就是确定对象中哪些还“存活”着，哪些已经“死去”！一般采用引用计数算法和可达性分析算法来进行判断。

引用计数算法：给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器值为0就代表此对象已死。引用计数算法的致命弊端是很难解决对象之间相互循环引用的问题，如下代码清单1所示。

可达性分析算法：通过·一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径为引用链，当一个对象的GC Roots没有任何引用链相联时，则此对象不可用，已死。如下图2所示。

GC Roots的对象包含下面几种：

1. 虚拟机栈中引用的对象
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Native方法引用的对象

Java中引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用(又称为幽灵引用或幻影引用)4种，引用强度依次递减，回收力度依次递增。

对象死亡的判定

对象死亡的判定：①发现与GC Roots断开的对象，然后审核是否有必要执行finalize()方法；②若被判定为要执行finalize()方法，就将对象放入F-Queue队列中；3 虚拟机自动创建FInalizer优先级线程来执行finalize()方法处理F-Queue队列；④GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模标记；5 如果对象在finalize()中未成功拯救自己，就基本认为被回收了。（注：对象在finalize()时，可以通过重新与引用链上的任何一个对象建立关联来拯救自己）整个过程如下图所示。

---

垃圾收集算法

标记--清除算法

标记--清除算法：法分为标记和清除两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。缺点：效率低、产生大量碎片空间。

复制算法(解决效率问题)

复制算法：通过划分两个相等的两块，每次使用其中一块，以复制的方式将GC后的有效对象转到另一块中。提高了效率，但内存要求太高了。

标记--整理算法(针对老年代)

标记--整理算法：与·标记--清除算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

分代收集算法

分代收集算法：根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

---

HotSpot算法实现

枚举根节点

枚举根节点：可达性分析对执行时间的敏感还体现在GC停顿上，Sun将这件事情称为“Stop The World”。HotSpot中利用OopMap的数据结构来把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，在JIT编译过程中，也会在特定的位置记录下栈和寄存器中那些位置是引用。

安全点

安全点：在OopMap的协助下，程序执行时在到达安全点时才能暂停。Safepoint的选定基本上是程序“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定的。“长时间执行”的最明显的特征是指令序列复用，例如：方法调用、循环跳转、异常跳转等，所以具有这些功能的指令才会产生Safepoint。对于Safepoint，另一个需要考虑的问题时如何在GC发生时让所有线程（这里不包括执 ——>见下图：

 

安全区域

安全区域：当线程处于Sleep转台或者Blocked状态时，线程就无法响应JVM中断请求，对于这种情况采用安全区域(Safe Region)来解决。——>见下图：

 

 

---

垃圾收集器

Serial收集器

Serial收集器：是单线程收集器，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。

ParNew收集器

ParNew收集器：是Serial收集器的多线程版本，能与CMS配合。

Parallel Scavenge收集器

Parallel Scavenge收集器：使用复制算法的并行多线程收集器，强调吞吐量，要求高效的利用CPU。使用Parallel Scavenge收集器配合自适应调节策略，把内存管理的调优任务交给虚拟机去完成。

Serial Old收集器

Serial Old收集器：是Serial收集器的老年代版本，同样是一个单线程收集器。

Parallel Old收集器

Parallel Old收集器：是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和标记--整理算法。它能与Parallel Scavenge配合，实现“吞吐量优先”。

CMS收集器

CMS收集器：以获取最短停顿时间为目标的收集器，基于标记--清除算法实现的，整个过程分为4个步骤：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。CMS收集器具有3个明显的缺点：对CPU资源非常敏感、无法处理浮动垃圾、会产生大量空间碎片。

G1收集器

G1收集器：面向服务端应用的垃圾收集器，是当今收集器计数发展的最前沿成果之一。具有并行与并发、分代收集器、空间整理、可预测的停顿的特点；G1收集器的运作大致可划分4个步骤：初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收。

---

看懂GC日志（直接看图说话）

---

II  内存分配&回收策略

内存分配&回收策略流程图如下：

注：

1. 新生代GC(Minor GC)：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度较快。
2. 老年代GC(Major GC / Full GC)：指发生在老年代的GC，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC，Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。

 

说明：虚拟机中利用对象年龄计数器，对象从Eden出生经过第一次Minor GC后仍然存活并且能被Survivor区容纳的话，被移动到Survivor空间中，在设定的年龄阈值内可以多次Minor GC，当达到年龄阈值就进入老年代空间中。

---

虚拟机提供多种垃圾回收策略为了就是适应不同场景，我们需要根据实际应用需求、实现方式选取最优的收集方式，调配最合适的参数设置，才能使虚拟机发挥最大的作用。

                                                                                       谢谢阅读             ---知飞翀