浅谈JVM的垃圾回收算法和垃圾回收器

1、 JVM 垃圾回收算法

1.1 标记清除算法

标记清除算法，是将垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除。

1. 根据可达性分析算法得出的垃圾进行标记
2. 对这些标记为可回收的内容进行垃圾回收

标记清除算法解决了引用计数算法中的循环引用的问题，没有从root节点引用的对象都会被回收。

缺点：

• 效率较低，标记和清除两个动作都需要遍历所有的对象，并且在GC时，需要停止应用程序，对于交互性要求比较高的应用而言这个体验是非常差的。
• 通过标记清除算法清理出来的内存，碎片化较为严重，因为被回收的对象可能存在于内存的各个角落，所以清理出来的内存是不连贯的。

1.2复制算法

​ 复制算法的核心就是，将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块。

1. 在垃圾回收时，将正在使用的对象复制到另一个内存空间中。
2. 将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收。

如果内存中的垃圾对象较多，需要复制的对象就较少，这种情况下适合使用该方式并且效率比较高，反之，则不适合。

​

1. 将内存区域分成两部分，每次操作其中一个。
2. 当进行垃圾回收时，将正在使用的内存区域中的存活对象移动到未使用的内存区域。当移动完对这部分内存区域一次性清除。
3. 周而复始。

优点：

• 在垃圾对象多的情况下，效率较高
• 清理后，内存无碎片

缺点：

• 分配的2块内存空间，在同一个时刻，只能使用一半，内存使用率较低

1.3​ 标记压缩算法

​ 标记压缩算法是在标记清除算法的基础之上，做了优化改进的算法。和标记清除算法一样，也是从根节点开始，对对象的引用进行标记，在清理阶段，并不是简单的直接清理可回收对象，而是将存活对象都向内存另一端移动，然后清理边界以外的垃圾，从而解决了碎片化的问题。

1. 标记垃圾。
2. 需要清除向右边走，不需要清除的向左边走。
3. 清除边界以外的垃圾。

优缺点同标记清除算法，解决了标记清除算法的碎片化的问题，同时，标记压缩算法多了一步，对象移动内存位置的步骤，其效率也有有一定的影响。
与复制算法对比：复制算法标记完就复制，但标记整理算法得等把所有存活对象都标记完毕，再进行整理

1.4 分代收集算法

1.4.1 概述

在java8时，堆被分为了两份：新生代和老年代【1：2】，在java7时，还存在一个永久代。

对于新生代，内部又被分为了三个区域。Eden区，S0区，S1区【8：1：1】
当对新生代产生GC：MinorGC【young GC】
当对老年代代产生GC：Major GC
当对新生代和老年代产生FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长，应尽力避免

1.4.2 工作机制

• 新创建的对象，都会先分配到eden区

• 当伊甸园内存不足，标记伊甸园与 from（现阶段没有）的存活对象
• 将存活对象采用复制算法复制到 to 中，复制完毕后，伊甸园和 from 内存都得到释放

• 经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记eden区域to区存活的对象，将存活的对象复制到from区

• 当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），晋升到老年代（幸存区内存不足或大对象会导致提前晋升）

MinorGC、 Mixed GC 、 FullGC的区别是什么

• MinorGC【young GC】发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短（STW）

• Mixed GC 新生代 + 老年代部分区域的垃圾回收，G1 收集器特有

• FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长（STW），应尽力避免？

名词解释：
STW（Stop-The-World）：暂停所有应用程序线程，等待垃圾回收的完成

2、 JVM 中的垃圾回收器

在jvm中，实现了多种垃圾收集器，包括：

• 串行垃圾收集器
• 并行垃圾收集器
• CMS（并发）垃圾收集器
• G1垃圾收集器

2.1 串行垃圾收集器

Serial和Serial Old串行垃圾收集器，是指使用单线程进行垃圾回收，堆内存较小，适合个人电脑

• Serial 作用于新生代，采用复制算法
• Serial Old 作用于老年代，采用标记-整理算法

垃圾回收时，只有一个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。

2.2 并行垃圾收集器

Parallel New和Parallel Old是一个并行垃圾回收器，JDK8默认使用此垃圾回收器

• Parallel New作用于新生代，采用复制算法
• Parallel Old作用于老年代，采用标记-整理算法

垃圾回收时，多个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。

2.3 CMS（并发）垃圾收集器

CMS全称 Concurrent Mark Sweep，是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器，该回收器是针对老年代垃圾回收的，是一款以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，停顿时间短，用户体验就好。其最大特点是在进行垃圾回收时，应用仍然能正常运行。

2.4 G1垃圾回收器（详细）

2.4.1 概述

• 应用于新生代和老年代，在JDK9之后默认使用G1

• 划分成多个区域，每个区域都可以充当 eden，survivor，old， humongous，其中 humongous 专为大对象准备

• 采用复制算法

• 响应时间与吞吐量兼顾

• 分成三个阶段：新生代回收、并发标记、混合收集

• 如果并发失败（即回收速度赶不上创建新对象速度），会触发 Full GC

2.4.2 Young Collection(年轻代垃圾回收)

• 初始时，所有区域都处于空闲状态

• 创建了一些对象，挑出一些空闲区域作为伊甸园区存储这些对象

• 当伊甸园需要垃圾回收时，挑出一个空闲区域作为幸存区，用复制算法复制存活对象，需要暂停用户线程

• 随着时间流逝，伊甸园的内存又有不足
• 将伊甸园以及之前幸存区中的存活对象，采用复制算法，复制到新的幸存区，其中较老对象晋升至老年代

2.4.3 Young Collection + Concurrent Mark (年轻代垃圾回收+并发标记)

当老年代占用内存超过阈值(默认是45%)后，触发并发标记，这时无需暂停用户线程

• 并发标记之后，会有重新标记阶段解决漏标问题，此时需要暂停用户线程。
• 这些都完成后就知道了老年代有哪些存活对象，随后进入混合收集阶段。此时不会对所有老年代区域进行回收，而是根据暂停时间目标优先回收价值高（存活对象少）的区域（这也是 Gabage First 名称的由来）。

2.4.4 Mixed Collection (混合垃圾回收)

复制完成，内存得到释放。进入下一轮的新生代回收、并发标记、混合收集

其中H叫做巨型对象，如果对象非常大，会开辟一块连续的空间存储巨型对象