jvm系列之垃圾收集算法

jvm系列之垃圾收集算法

1 标记-清除算法

标记-清除算法是最基础的算法，算法分为标记和清除两个阶段，首先标记出要清除的对象，在标记完后统一回收所有被标记的对象，标记方式为j《jvm系列之垃圾收集器》里面所提到的。这种算法标记和清除两个过程效率都不高；并且在标记清除后，内存空间变得很零散，产生大量内存碎片。当需要分配一个比较大的对象时有可能会导致找不到足够大的内存。

标记清除算法图解（图片来源于百度图片）：

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   为了解决标记清除效率低的问题，出现了复制算法；这种算法将内存划分为大小相等的两块内存，只使用其中一块。当这一块内存使用完了就将存活的对象复制到另一块上面去，然后把已使用的内存空间一次性清理掉，这种方法不必考虑内存碎片的情况，运行高效，实现简单。缺点是浪费了一半的内存。复制算法图解（图片来源百度图片）：

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3 标记-整理算法

   复制收集算法在对象存活率较高的时候就要进行较多的复制操作，导致效率变低。而且老年代很少会有内存回收，对老年代而言，复制算法做了大量的无用功。针对复制算法存在的的问题，有人提出了标记-整理算法。标记过程和标记-清除算法过程一样，但后续不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活对象都向一方移动，整理内存，然后再进行清理。标记-整理算法图解（图片来源百度图片）：

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4 分代收集算法

   分代收集算法思路是根据对象存活周期不同将内存划分为几块。一般是分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中每次收集时都会回收很多内存，选用高效率的复制算法，并且只需要预留少量的复制空间，用于复制存活对象。老年代中因为对象存活率高，采用标记-整理或标记清理算法节省内存空间提高清理效率。

5 各版本jdk垃圾收集器一览

收集器名称	区   域	说明
Serial	新生代	单线程，GC时必须停止其它线程直到收集结束；JVM运行在client模式下新生代的默认收集器，简单有效；采用复制算法
ParNew	新生代	Serial收集的多线程版，保留Serial的参数控制，算法等，暂停所有用户线程，采用复制算法；JVM运行在server的首先的新生代收集器；只有它能和CMS配合工作
Parallel Scavenge	新生代	采用复制算法，并行的多线程收集器，与ParNew不同的是，关注点不是停顿时间，而是可控制的吞吐量，即运行用户代码的时间/（运行用户代码的时间+垃圾收集的时间）。可设置最大GC时间和吞吐量大小等参数，也可以让JVM自适应调整策略
CMS	新生代	concurrent Mark Sweep，已获取最短回收停顿为目标，大部分的互联网站及服务端采用的方式，标记-清除算法
G1	新生代/老年代	收集器最前沿版本，JDK 1.7，代替CMS的新产品
Serial Old（MSC）	老年代	Serial的老年版，单线程收集器，采用标记-整理算法，主要是client模式的JVM使用
Parallel Old	老年代	Parallel Scavenge的老年版，多线程，标记整理算法

jdk11 垃圾收集器——ZGC

   （网上搜的）ZGC是一个处于实验阶段的，可扩展的低延迟垃圾回收器，旨在实现以下几个目标：

• 停顿时间不超过10ms
• 停顿时间不随heap大小或存活对象大小增大而增大
• 可以处理从几百兆到几T的内存大小

限制：

• 当前版本不支持类卸载
• 当前版本不支持JVMCI

ZGC包含10个阶段，但是主要是两个阶段标记和relocating。GC循环从标记阶段开始，递归标记所有可达对象，标记阶段结束时，ZGC可以知道哪些对象仍然存在哪些是垃圾。ZGC将结果存储在每一页的位图（称为live map）中。在标记阶段，应用线程中的load barrier将未标记的引用压入线程本地的标记缓冲区。一旦缓冲区满，GC线程会拿到缓冲区的所有权，并且递归遍历此缓冲区所有可达对象。注意：应用线程负责压入缓冲区，GC线程负责递归遍历。

   标记阶段后，ZGC需要迁移relocate集中的所有对象。relocate集是一组页面集合，包含了根据某些标准（例如那些包含最多垃圾对象的页面）确定的需要迁移的页面。对象由GC线程或者应用线程迁移（通过load barrier）。ZGC为每个relocate集中的页面分配了转发表。转发表是一个哈希映射，它存储一个对象已被迁移到的地址（如果该对象已经被迁移）。GC线程遍历relocate集的活动对象，并迁移尚未迁移的所有对象。有时候会发生应用线程和GC线程同时试图迁移同一个对象，在这种情况下，ZGC使用CAS操作来确定胜利者。一旦GC线程完成了relocate集的处理，迁移阶段就完成了。虽然这时所有对象都已迁移，但是旧地引用址仍然有可能被使用，仍然需要通过转发表重新映射（remapping）。然后通过load barrier或者等到下一个标记循环修复这些引用。