聊聊 GC

GC，先给一个定义：

当一个电脑上的动态内存不再需要时，就应该予以释放，以让出内存，这种内存资源管理，称为垃圾回收（garbage collection）

实际上，为了保证gc能够在不同的平台得以实现，java规范本身并没有对gc的具体行为做约束，比如什么时候gc，采用什么算法gc等等…下边，我们先来看看一些常用或者曾经常用的gc算法。

什么时候GC

• 引用计数

引用计数存储对特定对象的所有引用数，也就是说，当应用程序创建引用以及引用超出范围时，jvm必须适当增减引用数。当某对象的引用数为0时，便可以进行垃圾收集。

• 对象引用遍历

早期的jvm使用引用计数，现在大多数jvm采用对象引用遍历。对象引用遍历从一组对象开始，沿着整个对象图上的每条链接，递归确定可到达（reachable）的对象。如果某对象不能从这些根对象的一个（至少一个）到达，则将它作为垃圾收集。在对象遍历阶段，gc必须记住哪些对象可以到达，以便删除不可到达的对象，这称为标记（marking）对象。 然后，gc要删除不可到达的对象。删除时，有些gc只是简单的扫描堆栈，删除未标记的对象，并释放它们的内存以生成新的对象，这叫做清除（sweeping）。这种方法的问题在于内存会分成好多小段，而它们不足以用于新的对象，但是组合起来却很大。因此，许多gc可以重新组织内存中的对象，并进行压缩（compact），形成可利用的空间。 为此，gc需要停止其他的活动活动。这种方法意味着所有与应用程序相关的工作停止，只有gc运行。结果，在响应期间增减了许多混杂请求。另外，更复杂的 gc不断增加或同时运行以减少或者清除应用程序的中断。有的gc使用单线程完成这项工作，有的则采用多线程以增加效率。

GC算法

• 标记－清除算法

这种算法首先遍历对象图并标记可到达的对象，然后扫描堆栈以寻找未标记对象并释放它们的内存。这种算法一般使用单线程工作并停止其他操作。

• 标记－压缩算法

有时也叫标记－清除－压缩算法，与标记－清除算法有相同的标记阶段。在第二阶段，则把标记对象复制到堆栈的新域中以便压缩堆栈。这种收集器也停止其他操作。

 

• 复制算法

这种收算法将堆栈分为两个域，常称为半空间。每次仅使用一半的空间，jvm生成的新对象则放在另一半空间中。gc运行时，它把可到达对象复制到另一半空间，从而压缩了堆栈。这种方法适用于短生存期的对象，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。

• 增量算法

增量算法把堆栈分为多个域，每次仅从一个域收集垃圾。这会造成较小的应用程序中断。

• 分代算法

这种算法把堆栈分为两个或多个域，用以存放不同寿命的对象。jvm生成的新对象一般放在其中的某个域中。过一段时间，继续存在的对象将获得使用期并转入更长寿命的域中。分代算法对不同的域使用不同的算法以优化性能。

• 并发算法

并发算法与应用程序同时运行。这些算法在某点上（比如压缩时）一般都不得不停止其他操作以完成特定的任务，但是因为其他应用程序可进行其他的后台操作，所以中断其他处理的实际时间大大降低。

• 并行算法

并行算法使用某种传统的算法并使用多线程并行的执行它们的工作。在多cpu机器上使用多线程技术可以显著的提高java应用程序的可扩展性。

GC流程

了解GC流程，就要先了解jvm的堆内存结构

 

 

 

如上如所示，整个堆可以分为3部分

1. Young：
   • Eden：存放新生对象。
   • From：存放经过垃圾回收没有被清除的对象。
   • To：和From做Copying collection，位置会和From互换。
2. Tenured Space：新域中的对象，经过了一定次数的GC循环后，被移入旧域。
3. Permanent Space:  存储类和方法对象，从配置的角度看，这个域是独立的，不包括在JVM堆内。

在sun 的文档说明中，对JVM堆的新域，是采用coping算法（复制算法），该算法的提出是为了克服句柄的开销和解决堆碎片的垃圾回收。它开始时把堆分成一个对象面和多个空闲面，程序从对象面为对象分配空间，当对象满了，基于 coping算法的垃圾收集就从根集中扫描活动对象，并将每个活动对象复制到空闲面(使得活动对象所占的内存之间没有空闲洞)，这样空闲面变成了对象面，原来的对象面变成了空闲面，程序会在新的对象面中分配内存。

好，现在我们来看一下gc的流程：

1. 对于新生成的对象，都放在Eden中；当Eden充满时，GC将开始工作，即所谓的Young GC，首先停止应用程序的运行，开始收集垃圾。

• • 这时，会把所有可以找到的对象放到From Space
  • 一旦From Space充满，GC会把From中可以找到的对象放到To Space
  • 一旦To Space充满，GC会把To中可以找到的对象放到From Space，并覆盖From中原有的储存对象
  • 如此交替，经过一定次数的GC操作之后，会把仍然可以找到的对象放到Tenured Space

2. 当Tenured Space（旧域）满了，便会触发一次Full GC，Full GC很消耗内存，把old，young里面大部分垃圾回收掉。这个时候用户线程都会被block。

另外，在整个过程中，有两个地方值得我们注意：
1. 对象在新域中，采用的是coping（复制）算法

原因就是大部分新生对象都是短期存在的。

前边说过，复制算法适合短生存期对象。最理想的状态是，所有移出Eden、From或者To的对象都会被收集，这样可以使要复制的对象量达到最小。如果持续复制长期存在的对象…岂不是搬来搬去瞎倒腾。

2. 对于旧域，则采用的是标记－清除－压缩算法

前边说过，Full GC很耗内存，且会block住用户进程。压缩，虽是一个耗时操作，但为了提高旧域的利用率，减少Full GC次数，是必要的。