图文详细讲解·jvm垃圾回收全过程及垃圾回收算法

#小白话

什么是垃圾

没有引用指向的任何对象

如何定位垃圾

(1)引用计数

每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1。（注：无法解决循环引用问题）

Object objectA = new Object();
Object objectB = new Object();

objectA.instance = objectB;
objectB.instance = objectA;

objectA = null;
objectB = null;

程序启动后，objectA和objectB两个对象被创建并在堆中分配内存，它们都相互持有对方的引用，但是除了它们相互持有的引用之外，再无别的引用。而实际上，引用已经被置空，这两个对象不可能再被访问了，但是因为它们相互引用着对方，导致它们的引用计数都不为0，因此引用计数算法无法通知GC回收它们，造成了内存的浪费.

(2)根可达算法

概念：通过根对象（下路GC roots）的进行引用搜索，最终可以到达的对象为可达对象，可达对象即为存在引用的对象，反之，则为不可达对象。

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常见垃圾回收算法

标记清除（mark-sweap）

特点：
算法简单，存活对象比较高的时候效率高（从根遍历的存活对象比较多，需要清理的对象比较少）------不适合Eden区的清理，伊甸区的存活对象比较少。
问题：
1-两遍扫描，效率偏低（第一次扫描标记不可回收对象–根可达标记为存活对象，第二遍清除没有被标记的对象）
2-容易产生碎片（清理出来的内存空间不是连续的）

拷贝（copy）

做法：将内存分为两块，每次只使用一块，GC时，将正在使用的内存中的存活对象复制到另一块存储空间中，然后清除正在使用的空间的所有对象

缺点：空间浪费，移动复制对象，需要调整对象引用
总结：使用于存活对象较少的情况，只扫描一次，效率提高了，没有碎片了，------适合Eden区。

标记压缩（mark-compact）

做法：先标记所有的根可达对象（存在引用的对象），不同的是，标记完成后并不是直接清除未标记的垃圾对象，而是将所有的被标记的对象（即存活对象）压缩到内存空间的一端后在清理边界外所有的空间。
特点：扫描两次（第一次标记索引根可达对象，第二遍移动），需要移动对象，
优点：不会产生碎片，方便内存分配，不会内存减半

jvm分代模型（仅用于分代垃圾回收算法）

ZGC Shenandoah这些不适用分代模型。
G1是逻辑分代，物理不分代（垃圾回收器种类见下节）
除此之外不仅逻辑分代，而且物理分代

堆内存逻辑分区

这里需要补一点运行时数据区的知识：https://blog.csdn.net/u010488116/article/details/79800142
如图：1、年轻代中分为一个Eden区和两个Surviver区，比例为8：1：1，两个Surviver区分别称为“From”区和“To”区。对象在Eden区创建，经过一次Yong GC后，还存活的对象将会被复制到Surviver区的“From”区，此时“To”区是空的。到了下一次GC的时候，Eden区还存活的对象会直接移动到Surviver区的“To”区，而“Form”区的对象有两个去处，“From”区的对象会根据经过的GC次数计算年龄，如果年龄到达了阈值（默认15），则会被移动到老年代中，否则就复制到“To”区，此时“From”区变成了空的，然后“From”区和“To”区进行角色互换，到下一次进行GC时，还是有一块空的“To”区，用来存放从eden区和“From”区移动过来的对象。（注意from和to第一次gc后不到年龄的对象会来回在from和to互换）
YGC/minor gc ：年轻代空间耗尽时
Major GC/Full GC：老年代无法分配空间时触发，新生代，老年代同时进行回收

·一个对象分配过程

注意：
并不是所有new出来的对象都是分配在堆上的。不在堆上分配的特殊情况：TLAB和栈上分配。
为什么？
我们知道堆是由所有线程共享的，既然如此那它就是竞争资源，对于竞争资源，必须采取必要的同步，所以当使用new关键字在堆上分配对象时，是需要锁的。既然有锁，就必定存在锁带来的开销，而且由于是对整个堆加锁，相对而言锁的粒度还是比较大的，当对象频繁分配时，不免影响效率。

所以对于某些特殊情况，可以采取避免在堆上分配对象的办法，以提高对象创建和销毁的效率。

哪些new的对象分配在栈上？
·栈上分配
–线程私有小对象
–无逃逸（只在某段代码使用）eg：一个对象的方法里面就一句new Object（），没有任何引用指向它），如果有外部引用指向它就会有逃逸。
–支持标量替换 eg 一个对象里面只有 int a， int b，使用普通类型直接代替对象
·线程本地分配（Thread-local allocation buffer）
–占用eden，默认1%
多线程的时候不用竞争eden就可以申请空间，（eden区，多线程情况都想往一个地址分配对象，效率会降低）提高效率
小对象

常见垃圾回收器

serial

STW:在执行垃圾收集算法时，Java应用程序的其他所有线程都被挂起（只有gc线程工作）
缺点：stw时间太长，停顿时间太长，内存空间太大导致清理时间会变长。（以前是扫屋子，现在扫整个省）

serial old

使用mark sweap 或mark compact算法，也是单线程

Parallel Scavenge

多GC线程处理垃圾（就是喊些小弟和你一起扫大街，行人都给我旁边捎着去）

Parallel Old

使用多线程mark compact算法的垃圾回收器

parNew

它实际是Serial GC的多线程版本

PS 和 PN区别的延伸阅读： ▪https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/gctuning/ergonomics.html#GUID-3D0BB91E-9BFF-4EBB-B523-14493A860E73

CMS

垃圾回收线程和工作线程同时进行。（一边扔垃圾一边捡垃圾），因无法忍受stw产生。
cmsGC标记有七个阶段，主要了解上图四个阶段
初始化标记阶段：，也是标记阶段的开始。主要工作是 标记可直达的存活对象 。（注：第一阶段只标记了老年代最根上的对象）

并发标记：通过遍历第一个阶段（Initial Mark）标记出来的存活对象，继续递归遍历老年代，并标记可直接或间接到达的所有老年代存活对象

重新标记：在并发标记的期间又重新产生的垃圾，停止工作线程，新产生的垃圾不多，因此stw时间很短。
并发清理：在清理的过程中产生的垃圾称为浮动垃圾，下一次cms清理过程清理

缺点：CMS 和 serial old配合使用
（老年代碎片划严重，老年代满了的时候，使用serial old – 单线程老奶奶进行清理，32g内存清理太慢了）解决方案：降低触发cms阈值。
问题：
内存碎片话（使用的是mark sweap）
产生浮动垃圾

todo G1 ZGC