Java篇--JVM三（垃圾回收GC）
文章目录
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- 一、前言
- 二、垃圾回收算法
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- 1.判定对象是否是垃圾的标准
- 2.判定对象是否是垃圾的算法
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- (1)引用计数算法
- (2)可达性分析算法
- 3.谈谈你所了解的垃圾回收算法
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- (1)标记-清除算法：Mark and Sweep
- (2)复制：Copying
- (3)标记-整理算法：
- (4)分代收集算法：
- 三、垃圾收集器
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- 1.串行收集器：
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- （1）Serial
- （2）Serial Old
- 2.并行收集器（吞吐量优先）：
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- （1）ParNew
- （2）Parallel Scavenge
- （3）Parallel Old
- 3.并发收集器（停顿时间优先）：
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- （1）CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）
- （2）G1（Garbage-First）收集器
- 四、总结
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- 1.Minor GC 和 Full GC 有什么区别？
- 2.内存分配规则：
- 3.优秀的编程习惯：
- 4.XX参数语法：
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一、前言
垃圾收集Garbage Collection通常被称为“GC”，顾名思义就是释放垃圾占用的空间，防止内存泄露。在jvm中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都是随线程而生随线程而灭，栈帧随着方法的进入和退出做入栈和出栈操作，实现了自动的内存清理，因此，我们的内存垃圾回收主要集中于Java堆和方法区中，在程序运行期间，这部分内存的分配和使用都是动态的。
为什么要进行垃圾回收？随着程序的运行，内存中存在的实例对象、变量等信息占据的内存越来越多，如果不及时进行垃圾回收，必然会带来程序性能的下降，甚至会因为可用内存不足造成一些不必要的系统异常。
二、垃圾回收算法
1.判定对象是否是垃圾的标准
一个对象是否被其他对象所引用。
2.判定对象是否是垃圾的算法
(1)引用计数算法
每个对象添加一个引用计数器，每被引用一次，计数器加1，失去引用，计数器减1，当计数器在一段时间内保持为0时，该对象就认为是可以被回收得了。（在JDK1.2之前，使用的是该算法）
缺点：无法解决循环引用的问题。当两个对象A、B相互引用的时候，当其他所有的引用都消失之后，A和B还有一个相互引用，此时计数器各为1，而实际上这两个对象都已经没有额外的引用了，已经是垃圾了。但是却不会被回收。举例：
public class ReferenceCountingGC {
public Object instance;
public ReferenceCountingGC(String name) {
}
public static void testGC(){
ReferenceCountingGC a = new ReferenceCountingGC("objA");
ReferenceCountingGC b = new ReferenceCountingGC("objB");
a.instance = b;
b.instance = a;
a = null;
b = null;
}
}
(2)可达性分析算法
程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT 开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。
目前java 中可作为GC Root 的对象有：
- 虚拟机栈中引用的对象。比如：各个线程当中被调用的方法中使用到的参数、局部变量等。
- 方法区中静态属性引用的对象。比如：Java类的引用类型静态变量
- 方法区中常量引用的对象。
- 本地方法栈中引用的对象（Native Object）
3.谈谈你所了解的垃圾回收算法
在确定了哪些垃圾可以被回收后，垃圾收集器要做的事情就是开始进行垃圾回收，但是这里面涉及到一个问题是：如何高效地进行垃圾回收。这里我们讨论几种常见的垃圾收集算法的核心思想。
评价一个垃圾收集GC算法的两个标准：吞吐量（throughput）越高算法越好；暂停时间（pause times）越短算法越好
(1)标记-清除算法：Mark and Sweep
标记清除算法（Mark-Sweep）是最基础的一种垃圾回收算法，它分为2部分，先把内存区域中的这些对象进行标记，哪些属于可回收标记出来，然后把这些垃圾拎出来清理掉。就像上图一样，清理掉的垃圾就变成未使用的内存区域，等待被再次使用。但它存在一个很大的问题，那就是内存碎片。
上图中等方块的假设是2M，小一些的是1M，大一些的是4M。等我们回收完，内存就会切成了很多段。我们知道开辟内存空间时，需要的是连续的内存区域，这时候我们需要一个2M的内存区域，其中有2个1M是没法用的。这样就导致，其实我们本身还有这么多的内存的，但却用不了。
(2)复制：Copying
复制算法（Copying）是在标记清除算法基础上演化而来，解决标记清除算法的内存碎片问题。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。保证了内存的连续可用，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况。复制算法暴露了另一个问题，例如硬盘本来有500G，但却只能用200G，代价实在太高。
对象存活率低的场景：年轻代。java中新生代的from和to空间就是使用这个算法
(3)标记-整理算法：
标记-整理算法标记过程仍然与标记-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，再清理掉端边界以外的内存区域。
标记整理算法解决了内存碎片的问题，也规避了复制算法只能利用一半内存区域的弊端。标记整理算法对内存变动更频繁，需要整理所有存活对象的引用地址，在效率上比复制算法要差很多。
适用于对象存活率比较高的场景：老年代
(4)分代收集算法：
分代收集算法，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。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使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。
在Java程序运行的过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如Http请求中的Session对象、线程、Socket连接， 这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长。但是还有一些对象，主要是程序运行过程中生成的临时变量，这些对象生命周期会比较短，比如： String对象， 由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用一次即可回收。
在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去（回收频率很高），只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。其中，新生代又细分为三个区：Eden,From Survivor,ToSurviver,比例是8：1：1。
老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。
分代的思想被现有的虚拟机广泛使用。几乎所有的垃圾回收器都区分新生代和老年代。
三、垃圾收集器
前面所讲的垃圾回收算法还停留在算法层面，有算法我们就得有类似的实现，我们要使用编程语言把这个算法实现出来，这就是我们所谓的垃圾收集器。
1.串行收集器：
使用单线程进行垃圾回收的收集器，每次回收时，串行收集器只有一个工作线程，对于并行能力较弱的计算机来说，串行收集器的专注性和独占性往往有更好的性能表现。串行收集器可以在新生代和老年代中使用，根据作用于不同的堆空间，分为新生代串行收集器和老年代串行收集器。
-XX:+UseSerialGC：新生代串行
-XX:+UseSerialOldGC：老年代串行
（1）Serial
是一个新生代收集器，单线程执行，使用复制算法。它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程(用户线程)。是Jvm client模式下默认的新生代收集器。对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。
（2）Serial Old
Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用“标记-整理”算法。
2.并行收集器（吞吐量优先）：
指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。
-XX:+UseParNewGC：新生代并行（ParNew），老年代串行（Serial Old）
-XX:+UseParallelGC：新生代使用并行回收收集器，老年代使用串行收集器
-XX:+UseParallelOldGC：新生代和老年代都使用并行回收收集器
（1）ParNew
新生代，复制算法
（2）Parallel Scavenge
新生代，复制算法
（3）Parallel Old
老年代，标记整理算法
3.并发收集器（停顿时间优先）：
指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），用户程序在继续运行，而垃圾收集程序运行于另一个CPU上。适用于响应时间有要求的场景web。
-XX:+UseConcurrentMarkSweepGC
-XX:+UseG1GC
（1）CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）
老年代，标记清除算法
（2）G1（Garbage-First）收集器
当今收集器技术发展的最前沿成果之一。2004年Sun发表了第一篇G1的论文，到2006年左右，在JDK6内集成进去了。JDK7才放出来。
优势（集中了前面所有收集器的优点）：G1能充分利用了多核的并行特点，能缩短停顿时间（充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势）；分代收集（不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆）；空间整合（类似于标记清理算法）；可预测的停顿（能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒）
上面有7种收集器，分为两块，上面为新生代收集器，下面是老年代收集器。如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。
四、总结
1.Minor GC 和 Full GC 有什么区别？
新生代 GC （Minor GC） ：发生在新生代的垃圾收集动作。Minor GC 非常频繁，回收速度比较快。
老年代 GC （Major GC/Full GC）：发生在老年代的 GC， Major GC 一般比 Minor GC 慢 10 倍以上。
2.内存分配规则：
对象优先在 Eden 分配。大多数情况下，对象在新生代 Eden 区中分配。当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起 Minor GC。
3.优秀的编程习惯：
（1）避免在循环体中创建对象，即使该对象占用内存空间不大。
（2）尽量及时使对象符合垃圾回收标准。
（3）不要采用过深的继承层次。
（4）访问本地变量优于访问类中的变量。
4.XX参数语法：
所有的XX参数都以”-XX:”开始，但是随后的语法不同，取决于参数的类型。
对于布尔类型的参数，我们有”+”或”-“，然后才设置JVM选项的实际名称。例如，-XX:+用于激活选项，而-XX:-用于注销选项。
对于需要非布尔值的参数，如string或者integer，我们先写参数的名称，后面加上”=”，最后赋值。例如， -XX:=给赋值。
参考：
https://www.cnblogs.com/godoforange/p/11552865.html
https://www.cnblogs.com/yanl55555/p/13355350.html
https://blog.csdn.net/w372426096/article/details/81360083
https://www.jianshu.com/p/23f8249886c6