JVM垃圾回收算法和内存分代模型

什么是垃圾

想要做垃圾回收首先要定位什么是jvm垃圾？
垃圾就是没有任何引用指向的一个对象或者多个对象为垃圾。
没有任何引用指向的一个对象我们好理解，什么是没有任何引用指向的多个对象呢？
我在此举两个例子：
（1）A对象引用B对象，B对象引用C对象，C对象由引用A对象，但是此处A/B/C对象在他们三个之外没有被引用，这样A/B/C三个对象都被定义为垃圾。这就是循环引用。
（2）A引用B，B引用C，C引用D，此处A/B/C/D都没有在这四个之外被引用，那么这4个对象都被定义为垃圾，这就是链式引用。

如何定位垃圾

垃圾被定位用到两个算法：
1.引用计数(ReferenceCount)

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引用计数就是一个对象被引用一次计数就加1，引用被释放一次就减1，直到统计引用次数为0,则定义此对象没有被引用是垃圾。
Python使用的是引用计数的回收算法，而Java的HotSpot不是。Java的效率比Python的效率高一些，应该有一部分原因是因为HotSpot的回收算法效率好。
对于引用计数来说，有一个重大漏洞：无法处理循环引用下的对象。

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2.根可达算法(RootSearching)
根可达算法是将一系列的GC Root对象定义为初始存活对象集合，所有能被GCRoot引用或者关联到的对象都定义为存活对象，否则宣告其死亡定义为垃圾。

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可以作为GC Roots的对象包括下面几种：
(1)JVM虚拟机栈（Main方法栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象。
(2)方法区中的类静态属性引用的对象。
(3)方法区中常量引用的对象。
(4)本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象。
(5)load进来的Clazz对象

常见的垃圾回收算法

1.标记清除(mark-sweep)
简而言之就是把死亡对象的内存空间标记为空闲，并记录在一个空闲列表（free list）之中。当需要新建对象时，内存管理模块便会从该空闲列表中寻找空闲内存，并划分给新建的对象。
优点：简单，直接
缺点:
(1)造成内存碎片。
由于 Java 虚拟机的堆中对象必须是连续分布的，因此可能出现总空闲内存足够，但是无法分配的极端情况。比如：总空间100M，此时我们需要申请100M的数组。但是由于内存不连续，因此我们就会申请失败。
(2) 分配效率较低。
如果是一块连续的内存空间，那么我们可以通过指针加法（pointer bumping）来做分配。而对于空闲列表，Java 虚拟机则需要逐个访问列表中的项，来查找能够放入新建对象的空闲内存。

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2.拷贝算法(copying)
拷贝算法就是把内存区域分为两等分，分别用两个指针 from 和 to 来维护，并且只是用 from 指针指向的内存区域来分配内存。当发生垃圾回收时，便把存活的对象复制到 to 指针指向的内存区域中，并且交换 from 指针和 to 指针的内容。
优点：没有碎片；效率高
缺点：浪费空间（占用实际空间的2倍）

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3.标记压缩(mark-compact)
标记压缩法是标记出死亡对象为空闲空间，并且在回收的时候一边整理一边压缩空间，把所有存活的空间整理到从起始位置开始的连续空间内。
优点：不会产生碎片化的空间
缺点：由于需要边整理边压缩，因此性能开销会比拷贝算法大

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jvm内存分代模型（用于分代垃圾回收算法）

1. 部分垃圾回收器使用的模型
   除Epsilon ZGC Shenandoah 之外的GC都是使用逻辑分代模型
   G1是逻辑分代，物理部分代
   除此之外不仅逻辑分代，物理也分代
2. 新生代+老年代+永久代（tenured）（1.7）Perm Generation/ 元数据区（1.8）Metaspace
   新生代:老年代默认比例1:2
   a.永久代 元数据 -class
   b.永久代必须指定大小限制，元数据可以设置，也可以不设置，无上限（受限于物理内存）
   c.字符串常量 1.7 - 永久代， 1.8- 堆
   d.MethodArea逻辑概念 - 永久代、元数据
3. 新生代 = Eden + 2个suvivor区
   a. YGC回收之后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0
   b. 再次YGC，活着的对象eden + s0 -> s1
   c. 再次YGC，eden + s1 -> s0
   d. 年龄足够 -> 老年代 （15 CMS 6）
   e. s区装不下 -> 老年代
4. 老年代
   a. 顽固分子
   b. 老年代满了FGC Full GC
5. GC Tuning (Generation)
   a. 尽量减少FGC
   b. MinorGC = YGC
   c. MajorGC = FGC

6. 对象分配过程图

   
   
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7. 动态年龄
   年龄从小到大进行累加，当加入某个年龄段后，累加和超过survivor区域*TargetSurvivorRatio的时候，就从这个年龄段网上的年龄的对象进行晋升。
   具体参考：https://www.jianshu.com/p/989d3b06a49d
8. 分配担保
   当在新生代无法分配内存的时候，把新生代的对象转移到老生代，然后把新对象放入腾空的新生代。
   具体参考：https://cloud.tencent.com/developer/article/1082730