理解gc机制

jvm内存区域

jdk8.jpg

垃圾收集算法

1. 引用计数法
思想：就是给对象添加一个引用计数器，如果有其他对象引用了该对象，那么就加1，如果其他对象不引用该对象了，那么就减1。如果该对象的引用计数为0了，说明该对象已经没有引用了。
2. 标记清除法
思想：采用可达性算法遍历所有的GC根节点进行标记，统一回收被标记的对象。缺点：产生很多空间碎片、而且标记遍历所有，清除又遍历所有，效率不高。

标记清除算法.png

可达性算法：就是将当前创建对象作为垃圾回收的根节点，然后每次从该根节点遍历出一堆节点，再将这些节点作为根节点再遍历。一直遍历直到终止。就形成了很多条引用链。当一个根节点没有引用链时，则判定该对象是可回收对象。
java中的GC根节点的对象：
① 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
② 元空间中类静态属性引用的对象、常量引用的对象。
③ 本地方法栈中JNI引用的对象（Native修饰的方法）。
3. 复制算法
思想：首先将内存区域按照容量划分为两块大小相等的区域。每次使用其中的一块，将那块上面存活的对象复制到另一块上，使用过的那块直接清理掉。如果采用1:1，代价太高，所以默认的Hotspot将Eden和Survivor采用8:1。这种算法适用于新生代，新生代的特点朝生夕灭。

复制算法.png

4. 标记整理算法
思想：将所有存活的对象都向一边移动，最后清理掉边界外边的内存。这种算法适用于老年代，老年代的特点存活率很高。

标记整理算法.png

5. 分代算法
分代收集算法是前几个的综合。在新生代，肯定会有大量的对象被回收，那么就使用复制算法。在老年代存活率较高，被回收的对象较少，那么就使用标记-清除算法或者标记-整理算法。

垃圾收集器

1. 串行回收器 Serial
单线程垃圾回收、采用复制算法、独占式垃圾回收导致STW现象。
2. 并行回收器 ParNew
多线程垃圾回收、采用复制算法、独占式垃圾回收，对于并发能力强的cpu，停顿时间会稍微短些。
3. 新生代并行回收器 ParallelGC
多线程垃圾回收、采用复制算法、关注系统吞吐量。
4. 老年代并行回收器 ParallelOldGC
老年代多线程垃圾回收、采用标记整理算法。
5. CMS回收器
老年代多线程垃圾回收、CMS垃圾收集器关注的是系统停顿时间、采用标记清除算法。
过程：
初始标记 → 并发标记 → 预清理 → 重新标记 → 并发清理 → 并发重置
初始标记：首先初始标记是独占的。主要是根对象关联的对象。
并发标记：遍历GC ROOT，然后标记所有关联对象。
预清理：尝试控制停顿时间。
重新标记：重新标记是独占的。修正并发标记期间，用户程序发生变化而使标记产生变动的那部分记录。
并发清理：将所有没有被引用的对象都清理掉。
并发重置：完成垃圾回收后，重新初始化其结构。
CMS默认启动并发线程数（ParallelGCThreads +３）／４。
6. G1回收器
G1回收器是多个线程工作。G1本身是一个分代收集器。

新生代GC：
    回收Eden区和Survivor区，如果Eden区满了，就会触发新生代GC。Eden区回收清空。一部分对象到Survivor区，还有一部分对象可能直接晋升到老年代。

G1并发标记周期：
    初始标记：标记一下GC Roots能直接关联到的对象。
    根区域扫描：扫描从Survivor区直达老年代区域，标记这些对象（根区域扫描和新生代GC不能同时执行）。
    并发标记：从GC Root开始对堆中的对象进行可达性分析，找出存活对象进行标记。
    重新标记：重新标记也是独占的。修正并发标记期间，用户程序发生变化而使标记产生变动的那部分记录。
    独占清理：该阶段也是独占的，计算各个区域的存活对象和GC回收比例并排序，识别可供混合回收的区域。对这些区域进行标记。
    并发清理：识别并清理所有的空闲区域。并发清理不会引起STW。

混合回收：
     回收时优先选取垃圾比例最高的区域，该阶段叫混合回收。该阶段既会执行正常的年轻代GC，又会选取一些被标记的老年代区域进行回收。

垃圾收集器参数

1. 单线程垃圾收集器
① Serial + Serial Old 参数：-XX:+UseSerialGC
② ParNew + Serial Old 参数：-XX:+UseParNewGC
③ Parallel Scavenge + Serial Old 参数：-XX:+UseParallelGC
2. 多线程垃圾收集器
① ParNew + CMS 参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC
② ParNew + Serial Old 参数：-XX:+UseParNewGC
3. CMS垃圾收集器
① ParNew + CMS 参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC
4. G1垃圾收集器
① -XX:+UseG1GC

GC日志

虚拟机参数查看日志

1. -XX:+PrintGC

[GC (System.gc())  6093K->688K(125952K), 0.0008452 secs]
[Full GC (System.gc())  688K->583K(125952K), 0.0051261 secs]

说明：
第一行YGC：GC前已使用堆为6093K，GC后已使用堆为688K，YGC发生时可使用堆空间为125952K，整个YGC消耗时间为0.0008452秒。
第二行FGC：GC前已使用堆为688K，GC后已使用堆为583K，FGC发生时可使用堆空间为125952K，整个YGC消耗时间为0.0051261秒。
2. -XX:+PrintGCDetails

[GC (System.gc()) 
[PSYoungGen: 6093K->680K(38400K)] 6093K->688K(125952K), 0.0008458 secs]
 [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc())
 [PSYoungGen: 680K->0K(38400K)]
 [ParOldGen: 8K->583K(87552K)] 688K->583K(125952K), 
[Metaspace: 2679K->2679K(1056768K)], 0.0043123 secs]
 [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 38400K, used 333K [0x00000000d5f80000, 0x00000000d8a00000, 0x0000000100000000)
  eden space 33280K, 1% used [0x00000000d5f80000,0x00000000d5fd34a8,0x00000000d8000000)
  from space 5120K, 0% used [0x00000000d8000000,0x00000000d8000000,0x00000000d8500000)
  to   space 5120K, 0% used [0x00000000d8500000,0x00000000d8500000,0x00000000d8a00000)
 ParOldGen       total 87552K, used 583K [0x0000000081e00000, 0x0000000087380000, 0x00000000d5f80000)
  object space 87552K, 0% used [0x0000000081e00000,0x0000000081e91d58,0x0000000087380000)
 Metaspace       used 2686K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 295K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

说明：

[GC (System.gc()) 
[PSYoungGen: 6093K->680K(38400K)] 6093K->688K(125952K), 0.0008458 secs] 
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

Parallel Scavenge收集器，新生代收集：YGC前已使用空间为6093K，YGC后已使用空间为680K，新生代总空间为38400K；YGC前堆已使用空间为6093K，YGC后堆已使用空间为688K，堆总空间为125952K。新生代垃圾收集消耗时间0.0008458秒。
消耗用户态cpu时间为0.00秒；消耗内核态cpu时间为0.00秒；垃圾收集器实际消耗时间为0.00秒。

[Full GC (System.gc())
 [PSYoungGen: 680K->0K(38400K)]
 [ParOldGen: 8K->583K(87552K)] 688K->583K(125952K), 
 [Metaspace: 2679K->2679K(1056768K)], 0.0043123 secs]
 [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

Parallel Scavenge收集器，新生代收集：Full GC将新生代的Survivor幸存者区域已使用了680K回收，新生代经过Full GC后已使用了0K。新生代总空间为38400K。
Parallel Old收集器，老年代收集：Full GC前老年代已使用空间为8K，Full GC后老年代已使用空间为583K，老年代总空间为87552K；堆总空间Full GC前已使用688K，堆总空间Full GC后已使用583K，堆总空间为125952K。
Metaspace 元空间收集：Full GC前元空间已使用了2679K，Full GC后元空间已使用了2679K；元空间总空间为1056768K，元空间收集经历了0.0043123秒。
消耗用户态cpu时间为0.00秒；消耗内核态cpu时间为0.00秒；垃圾收集器实际消耗时间为0.01秒。

Metaspace       used 2686K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 295K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

元空间 已使用2686K，容量4486K， 已提交4864K，已保留1056768K

内存回收

Minor GC触发条件：当Eden区满时，触发Minor GC。
Full GC触发条件：
（1）调用System.gc时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
（2）老年代空间不足
（3）方法区空间不足
（4）通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
（5）由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小。

对象的分配和晋升

（1）对象生在Eden区：对象首次创建被放置在Eden区。如果容量不够，那么将会报java.lang.OutOfMemoryError错误。
（2）老年对象进入老年代：没经历GC，初创对象不会离开Eden。新生代的对象每经过一次GC，年龄加1，达到15岁就晋升到老年代。调整晋升年龄的参数：MaxTenuringThreshold。
（3）大对象直接进入老年代：新生代的对象很大，Survivor幸存者区无法容纳，那么对象将直接晋升到老年代。

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参考
http://ju.outofmemory.cn/entry/362140
https://blog.csdn.net/weixin_39788856/article/details/80388002