JVM原理-垃圾回收机制及算法

JVM原理-jvm内存模型

jvm内存模型

一、垃圾回收机制算法

1、 判断对象是否回收算法

垃圾收集器在做垃圾回收的时候，首先需要判定的就是哪些内存是需要被回收的，哪些对象是存活的，是不可以被回收的；哪些对象已经死掉了，需要被回收，有两种算法

• 引用计数器算法
  为每个对象创建一个引用计数，有对象引用时计数器 +1，引用被释放时计数-1，当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题；（已经淘汰）
• 可达性分析算法
  从 GC Roots 开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象是可以被回收的；（市场上用的非常非
  常广泛）

2、4种引用类型

1. 强引用 ：发生 gc 的时候不会被回收
2. 软引用 ：有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收
3. 弱引用 ：有用但不是必须的对象，在下一次GC时会被回收
4. 虚引用 ：无法通过虚引用获得对象，用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知

3、垃圾回收算法

3.1、标记-清除算法

• 标记无用对象，然后进行清除回收

• 标记-清除算法（Mark-Sweep）是一种常见的基础垃圾收集算法，它将垃圾收集分为两个阶段

  • 1、 标记阶段：标记出可以回收的对象
  • 2、 清除阶段：回收被标记的对象所占用的空间

• 优点：实现简单，不需要对象进行移动

• 缺点：标记、清除过程效率低，无法清除垃圾碎片

• 标记-清除算法的执行的过程
  

3.2、标记-真理算法

• 与标记-整理算法不同的是，在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端，使他们紧凑的排列在一起，然后对端边界以外的内存进行回收。回收后，已用和未用的
  内存都各自一边
• 优点：解决了标记-清理算法存在的内存碎片问题
• 缺点：仍需要进行局部对象移动，一定程度上降低了效率
• 标记-整理算法的执行过程
  

3.3、复制算法

• 为了解决标记-清除算法的效率不高的问题，产生了复制算法。它把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾收集时，遍历当前使用的区域，把存活对象复制到另外一个区域中，最后将当前使用的区域的可回收的对象进行回收
• 优点：按顺序分配内存即可，实现简单、运行高效，不用考虑内存碎片
• 缺点：内存利用率低，可用的内存大小缩小为原来的一半，对象存活率高时会频繁进行复制
• 复制算法的执行过程
  

3.4、分代收集算法

• 当前商业虚拟机都采用 分代收集 的垃圾收集算法。分代收集算法，顾名思义是根据对象的 存活周期 将内存划分为几块。一般包括 年轻代 、 老年代 和 永久代
  

1. 在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。而新生代 ( Young )又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。这样划分的目的是为了使 JVM 能够更好的管理堆内存中的对象，包括内存的分配以及回收
2. 新生代中一般保存新出现的对象，所以每次垃圾收集时都发现大批对象死去，只有少量对象存活，便采用了 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
3. 老年代中一般保存存活了很久的对象，他们存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用 “标记-清理”或者“标记-整理” 算法
4. 永久代就是JVM的方法区。在这里都是放着一些被虚拟机加载的类信息，静态变量，常量等数据。
   这个区中的东西比老年代和新生代更不容易回收

1、 执行流程

分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是 2/3

• 新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占比是 8:1:1

1. 把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区
2. 清空 Eden 和 From Survivor 分区
3. From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变From Survivor

• 每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 +1，当年龄到达 15（默认配置是 15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代

2、老年代( Old ) 和新生代 ( Young ) 的默认比例

• 默认的，新生代 ( Young ) 与老年代 ( Old ) 的比例的值为 1:2 ( 该值可以通过参数 –XX:NewRatio来指定 )，即：新生代 ( Young ) = 1/3 的堆空间大小。老年代 ( Old ) = 2/3 的堆空间大小
• 新生代 ( Young ) 被细分为 Eden 和 两个 Survivor 区域，Edem 和俩个Survivor 区域比例是 = 8 : 1 : 1 ( 可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定 )
• 是JVM 每次只会使用 Eden 和其中的一块 Survivor 区域来为对象服务，所以无论什么时候，总是有一块 Survivor 区域是空闲着的

3、分代的作用

• 可以根据各个年代的特点进行对象分区存储，更便于回收，采用最适当的收集算法
  • 新生代中，每次垃圾收集时都发现大批对象死去，只有少量对象存活，便采用了复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集
  • 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，就必须采用“标记-清理”或者“标记-整理”算
• 新生代又分为Eden和Survivor （From与To，这里简称一个区）两个区。加上老年代就这三个区。数据会首先分配到Eden区当中（当然也有特殊情况，如果是大对象那么会直接放入到老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的java对象）。当Eden没有足够空间的时候就会触发jvm发起一次Minor GC，如果对象经过一次Minor-GC还存活，并且又能被Survivor空间接受，那么将被移动如果对象经过一次Minor-GC还存活，并且又能被Survivor空间接受，那么将被移动年龄达到一定的程度（默认为15）时，就会被晋升到老年代中了，当然晋升老年代的年龄是可以设置的

4、Minor GC、Major GC、Full GC区别及触发条件

• Minor GC 触发条件
  • eden区满时，触发MinorGC。即申请一个对象时，发现eden区不够用，则触发一次MinorGC
  • 新创建的对象大小 > Eden所剩空间时触发Minor GC
• Major GC和Full GC 触发条件
  • （Major GC通常是跟full GC是等价的）
  • 每次晋升到老年代的对象平均大小>老年代剩余空间
  • MinorGC后存活的对象超过了老年代剩余空间
  • 永久代空间不足
  • 执行System.gc()
  • CMS GC异常
  • 堆内存分配很大的对象

二、垃圾回收器

新生代垃圾回收器

1、Serial收集器（复制算法)

新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效

2、ParNew收集器 (复制算法)

新生代回收并行收集器，实际上是Serial收集器的多线程版本，在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现

3、Parallel Scavenge收集器 (复制算法)

新生代并行收集器，追求高吞吐量，高效利用 CPU。吞吐量= 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)，高吞吐量可以高效率的利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，适合后台应用等对交互相应要求不高的场景

老年代垃圾回收器

1、Serial Old收集器 (标记-整理算法)

老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本

2、Parallel Old收集器 (标记-整理算法)：

老年代并行收集器，吞吐量优先，Parallel Scavenge收集器的老年代版本

3、CMS

• (Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清除算法）
• 老年代并行收集器，以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，具有高并发、低停顿的特点，追求最短GC回收停顿时间

整堆回收器

1、G1(Garbage First)收集器

• ( 标记整理 + 复制算法来回收垃圾 )
• Java堆并行收集器，G1收集器是
  JDK1.7提供的一个新收集器，G1收集器基于“标记-整理”算法实现，也就是说不会产生内存碎片。此外，G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是：G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代，老年代)，而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。