深入理解JVM之垃圾收集器
垃圾收集器
书到用时方恨少，事非经过不知难！本文参考《深入理解JVM》周至明著。由于写作水平和写作时间有限，本中存在不妥之处，还请大家多多留言。
判定对象死亡
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引用计数算法
思想：创建对象时并给其添加一个引用计数器，当某一地方引用它时，计数器值+1，当引用失效时，计数器值-1；任何计数器为0的对象就不可能再被使用。
缺点：难解决对象之间相互循环引用的问题。
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可达性分析算法（主流商用语言：Java,C#等）
思想：通过一系列 “GC Roots” 对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索经过的路径称为引用链（Reference Chain），当某一个对象到 GC Roots 没有任何引用链连接时，则证明对象不可能再被引用。
- Java语言中，GC Roots的对象
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虚拟机栈中引用对象。
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方法区中类静态属性引用的对象。
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方法区中常量引用的对象。
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本地方法栈中JNI（一般指Native方法）引用的对象
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垃圾收集算法
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标记-清除算法（Mark-Sweep）
过程：分为2个阶段，标记和清除。首先标记处所有需要清理的对象，标记完成之后，统一回收被标记的所有对象。
不足：
- 效率：标记和清除效率都不高。
- 空间问题：标记清除完之后，可能产生大量的不连续内存碎片，会导致分配内存较大对象，无法找到连续空间内存，从而提前触发一次垃圾收集。
工作如下图所示
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复制算法
基本思想：将可用内存按容量分为大小相等2块（用A、B代指），每次先使用A，当A使用完了，就A现存活对象复制到B中，然后一次将A的内存空间清空。
优点：不考虑内存碎片等复杂情况。
缺点：将内存缩小为原来一半。
工作如下图所示：
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标记-整理算法
基本思想：先标记完所有可回收对象，然后让存活对象向一端移动，最后清理掉剩下的内存。
“标记-整理算法”如下图所示：
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分代收集算法
当前商业虚拟机垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，根据对象存活周期不同划分为几块；一般将其分为新生代和老年代。
新生代特点：每次垃圾收集时都有大批对象死去，只要少量存活。（采用复制算法）
老年代特点：对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就采用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。
分配担保机制：某一空间内存（譬如：新生代）不够时，需要依赖另一空间（譬如：老年代）进行担保。如生活中去银行借款，需要一个担保人一样。
HotSpot的算法实现
在安全点/安全域中使用OopMap结构完成根节点枚举。
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枚举根节点
在HotSpot 实现根节点枚举时，遇到2个问题：1、数据一致性：在判定对象过程中必须保证对象引用关系不变。2、消耗时间多：逐个检查引用。
解决办法：通过使用一组称为OopMap的数据结构，在类加载、编译过程中确定偏移量及对应的数据类型，在特定位置记录栈和寄存器中哪些位置是引用。
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安全点
一般在方法调用、循环跳转、异常跳转等“长时间执行”的地方，才会产生安全点（Safepoint）。即指上面提到的“特定位置”。
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安全域
在一段代码中，引用关系不会发生变化。
垃圾收集器
以垃圾收集线程与用户线程为例：
并行（Parallel）：多条垃圾收集线程并行工作。
并发（Concurrent）：用户线程与垃圾收集线程同时进行。
下图展示7种收集器，2个收集器之间存在连线，表名可搭配使用。
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Serial收集器
特点：单线程的收集器，在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有工作线程，直到它收集结束。
适用场景：JVM 运行在Client模式下的默认新生代收集器。
- ParNew收集器
特点：使用多条线程进行垃圾收集。
适用场景：Service模式下的JVM中首选的新生代收集器。
- Paraller Scavege收集器
特点：新生代收集器；一个可控制的吞吐量。即吞吐量=运行用户代码时间/（垃圾收集时间+运行用户代码时间）。
GC自适应的调节策略（GC Ergonomics）:虚拟机根据当前系统运行情况收集性能监控信息，动态调整参数。
- Serial Old收集器
使用“标记-整理”算法，单线程收集器。
- Paraller Old收集器
使用多线程和“标记-整理”算法
- CMS 收集器（Concurrent Mark Sweep）
目标：获取最短回收停顿时间。基于“标记-清除”算法。
- 过程：
- 初始标记：标记GC Roots关联到的对象，速度块。
- 并发标记（耗时）：进行GC Roots Tracing的过程。
- 重新标记：修正用户程序运行过程中，导致标记产生变动的对象的标记记录。
- 并发清除（耗时）
- 缺点：
- CMS无法处理浮动垃圾（Floating Garbage）：GC下一次清理浮动垃圾。在并发清理阶段，用户线程运行时产生的新垃圾，即为浮动垃圾。
- 采用“标记-清除”算法，产生大量的控件碎片。解决：为其提供内存碎片合并的参数。
- G1收集器（Garbage-First）
在JDK1.7之后采用此收集器，用于服务端应用的垃圾收集器。
特点：
- 并发与并行
- 分代收集
- 空间整合
- 可预测停顿。
- 过程
- 初始化标记
- 并发标记：耗时长，与用户线程并发执行。
- 最终标记
- 筛选回收