JVM之GC算法

1、什麼是GC

JVM GC是：JVM的垃圾回收算法，如今的JVM基本採用分代收集，Young區收集頻繁，Old區收集較少，Perm(永久代)基本不回收；JVM進行GC時大部分是對新生代的回收，少許的全局回收。

GC按照做用的區域分爲：

Minor GC：做用於新生代

Major GC（Full GC）：做用於老年代，偶爾也會回收老年代和永久代。

2、如何定位垃圾

一、引用計數法

 引用計數算法很簡單，它其實是經過在對象頭中分配一個空間來保存該對象被引用的次數。若是該對象被其它對象引用，則它的引用計數加一，若是刪除對該對象的引用，那麼它的引用計數就減一，當該對象的引用計數爲0時，那麼該對象就會被標記爲垃圾對象。

第10行 str引用了「ABC」 則「ABC」的計算器等於1。第11行str釋放了該引用，因此「ABC」的計數器就減一。
優勢：實現簡單，斷定高效，能夠很好解決大部分場景的問題。
缺點：

• 很難解決對象之間相互循環引用的問題，當兩個對象再也不被訪問時，由於相互引用對方，致使引用計數不爲0；
• 開銷較大，頻繁且大量的引用變化，帶來大量的額外運算；主流的JVM都沒有選用引用計數算法來管理內存；

二、可達性分析法（根搜索算法）

可達性分析法：經過一系列"GC Roots"對象做爲起始點，開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱爲引用鏈（Reference Chain），當一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時，認爲該對象不可達，則證實該對象是不可用的；
優勢：

• 更加精確和嚴謹，能夠分析出循環數據結構相互引用的狀況；
• 主流的調用程序語言（Java、C#等）在主流的實現中，都是經過可達性分析來斷定對象是否存活的。

缺點：

• 實現比較複雜；
• 須要分析大量數據，消耗大量時間；
• 分析過程須要GC停頓（引用關係不能發生變化），即停頓全部Java執行線程（稱爲"Stop The World"，是垃圾回收重點關注的問題）；

哪些對象能夠做爲GC ROOT對象（GCRoot 能夠是一個也能夠是多個）：

• 一、虛擬機棧（棧楨中的局部變量區，也叫局部變量表）中引用的變量
• 二、方法區中類的靜態屬性引用的對象
• 三、方法區中常量引用的對象
• 四、本地方法棧中JNI(Native)引用的對象

 3、垃圾回收算法

一、標記-複製：它將可用內存容量劃分爲大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當這一塊用完以後，就將還存活的對象複製到另一塊上面，而後在把已使用過的內存空間一次理掉。

JVM實現原理：Survivor區，一塊叫From，一塊叫To，對象存在Eden和From塊。當進行GC時，Eden存活的對象全移到To塊，而From中，存活的對象按年齡值肯定去向，當達到必定值（年齡閾值，經過-XX:MaxTenuringThreshold可設置，默認=15）的對象會移到年老代中，沒有達到值的複製到To區，而後直接清空Eden和From。以後，From和To交換角色，新的From即爲原來的To塊，新的To塊即爲原來的From塊，且新的Form塊中對象年齡加1.
優勢：內存分配時也不用考慮內存碎片等問題；實現簡單，運行高效；能夠利用指針碰撞(bump-the-pointer)實現快速內存分配
缺點：

• 空間浪費：可用內存縮減爲原來的一半，太過浪費（解決：能夠改良，不按1:1比例劃分）；
• 效率隨對象存活率升高而變低：當對象存活率較高時，須要進行較多複製操做(對象的引用地址須要複製)，效率將會變低,因此該算法不適合對象存活率較高的場景或者區域。

應用場景：

• 如今商業JVM都採用這種算法（經過改良缺點1）來回收新生代；
• 如Serial收集器、ParNew收集器、Parallel Scavenge收集器、G1（從局部看）。

二、標記-清除：首先標記出須要回收的對象，標記完成以後統一清除對象。

標記：從根集合開始掃描，標記存貨的對象
清除：掃描整個堆內存空間，回收未被標記的對象，使用free-list記錄可使用的區域

優勢：基於最基礎的可達性分析算法，它是最基礎的收集算法；然後續的收集算法都是基於這種思路並對其不足進行改進獲得的；
缺點：

• 效率問題：標記和清除都須要掃描，兩個過程的效率都不高；
• 空間問題：標記清除後會產生大量不連續的內存碎片，這會致使分配大內存對象時，沒法找到足夠的連續內存，從而須要提早觸發另外一次垃圾收集動做。
• stop-the-Word：在標記時須要暫停JVM用戶進程

應用場景：針對老年代

三、標記-整理

 

標記-整理：標記操做和「標記-清理」算法一致，後續操做不僅是直接清理對象，而是在清理無用對象前，先將存活的對象都向一端移動，並更新引用其對象的指針，而後直接清理掉端邊界之外的內存。

標記：和「標記-清理」算法一致

整理：掃描整個堆內存空間，將存活的對象都向一端移動，並更新引用其對象的指針，而後直接清理掉邊界之外的內存。整理的目的就是整合零散分佈的空間碎片爲一個連續的空間。

優勢：

• 不會像複製算法，效率隨對象存活率升高而變低
• 不會像標記-清除算法，產生內存碎片，由於清除前，進行了整理，存活對象都集中到空間一側；

缺點：主要是效率問題：除像標記-清除算法的標記過程外，還多了須要整理的過程，效率更低；
應用場景：回收老年代；
四、標記-清除-整理(Mark-Sweep-Compact)
　　該算法是標記清除和標記整理的結合，標記-清除會產生碎片，標記-整理每次都進行整理效率不高；標記-清楚-整理 是若是老年代內存中沒有一塊連續續的空間能夠存放將要進入對象，就進行整理；若是內存中的空間能夠存放將要進入的對象，就進行標記-清除，這樣就節省了整理的步驟能夠提升效率。總結一句話：不是全部的時候都須要整理的，由於整理也付出代價。主要應用於老年代

總結： 沒有最好的算法，只有最合適的引用場景

 

 

 下一節：GC算法的實現