JVM內存回收機制簡述

JVM內存回收機制涉及的知識點太多了，瞭解越多越迷糊，汗一個，這裏僅簡單作個筆記，主要參考《深刻理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐（第二版）》

目前java的jdk默認虛擬機爲HotSpot，所以本文涉及虛擬機相關內容都指HotSpot虛擬機

本文主要關注GC的回收：判斷哪些對象可回收，如何回收，回收機制

判斷哪些對象可回收

GC是經過對象是否存活來決定是否進行回收，判斷對象是否存活主要有兩種算法：引用計數算法、可達性分析算法

• 引用計數算法
  引用計數的算法原理是給對象添加一個引用計數器，每被引用一次計數器加1，引用失效時減1，當計數器0後表示對象不在被引用，能夠被回收了，引用計數法簡單高效，可是存在對象之間循環引用問題，可能致使沒法被GC回收，須要花很大精力去解決循環引用問題
• 可達性分析算法
  可達性分析的算法原理是從對象根引用（堆棧、方法表的靜態引用和常量引用區、本地方法棧）開始遍歷搜索全部可到達對象，造成一個引用鏈，遍歷的同時標記出可達對象和不可達對象，不可達對象表示沒有任何引用存在，能夠被GC回收

如何回收

　　找到可回收對象後，如何進行回收呢？

　　內存回收算法主要有標記-清除、中止-複製、標記-整理，不一樣算法使用不一樣的場景，整體來講中止-複製算法適合對象存活時間短，存活率低的新生代，標記-清除和標記-整理算法適合對象存活時間長，存活率高的老年代

• 標記-清除(Mark-Sweep)
  經過可達性分析算法標記全部不可達對象，而後清理不可達對象。這種算法會造成大量的內存碎片
• 中止-複製(Stop-Copy)
  將新生代內存按照8:1:1的比例分爲一個eden區和兩個survivor(survivor0,survivor1)區，回收時先將eden區存活對象複製到一個survivor0區，而後清空eden區，當這個survivor0區也存放滿了時，則將eden區和survivor0區存活對象複製到另外一個survivor1區，而後清空eden和這個survivor0區，此時survivor0區是空的，而後將survivor0區和survivor1區交換，即保持survivor1區爲空， 如此往復，當survivor1區不足以存放 eden和survivor0的存活對象時，就將存活對象直接存放到老年代(這時咱們可能回想，如果老年代也滿了咋辦，如果老年代也滿了就會觸發一次Full GC，也就是新生代、老年代都進行回收，如果內存還不夠呢。。。，還不夠那不廢話了嗎，OutOfMemory，不陌生吧哈哈)。從中止-複製算法的原理上咱們能夠看到，這種算法對於存活率較低的對象回收有着很是高的效率，並且不會造成內存碎片，可是會浪費必定的內存空間，適合對象存活率較低的新生代使用，若是在對象存活率較高的老年代採用這種算法，那將會是一場災難
• 標記-整理(Mark-Compact)
  經過可達性分析算法標記全部不可達對象，而後將存活對象都向一個方向移動，而後清理掉邊界外的內存。這種算法是將存活對象向着一個方向彙集，而後將剩餘區域清空，這種算法適合對象存活率較高的老年代
  
  

GC回收機制：分代收集算法

JVM內存收集算法基本上都是採用分代收集算法，即將內存劃分爲新生代、老年代，也有人把方法區算作永久代

• 新生代
  對象被建立時，內存分配都是發生在新生代(大對象直接分配在老年代)，絕大多數對象都是朝生夕滅，建立後很快就會不在使用，變爲不可達的對象，被GC回收掉。新生代的對象存活率很低(到底有多低？研究代表有高達98%的對象建立後很快就消亡，想象一下平時編程，除了全局變量，局部變量在退出調用方法後還有幾個能存活)，存活時間都很短，新生代發生的GC也叫作Minor GC，MinorGC發生頻率比較高(不必定等Eden區滿了才觸發)
• 老年代
  當對象在新生代發生了屢次Minor GC後仍然存活的對象即進入老年代，老年代的對象比新生多不少，固然了內存比新生代也大不少(大概比例是1:2，即新生代佔用堆內存總量的1/3)，當老年代內存滿時觸發Major GC即Full GC，Full GC發生頻率比較低，老年代對象存活時間比較長，存活率標記高

通常來講咱們所說的GC都是發生在新生代和老年代，新生代對象存活時間短，存活率低通常採用中止-複製算法，老年代對象存活時間長，存活率高，通常採用標記-整理、標記-清楚算法，具體採用何種算法和具體採用的垃圾收集器有關

GC裏面有些相似未成年人和成年人，新建立的對象爲新生代，新生代想要成爲老年代須要通過必定的成長(總得一點點長大是吧)，新建立的對象年齡爲1，每發生一次Minor GC，存活對象的年齡增長1，當經歷了15次Minor GC後,仍然存活的對象達到15歲，成達到法定成年年齡15歲(默認是15)，正式成爲成年人(老年代)，對象成年後也就沒有了年齡概念，直到對象死亡，會一直呆在老年代，固然也有一些老不死的(靜態變量、常量等)，會與世長存，除非地球滅亡(GC崩潰)

GC收集器

GC採用分代回收算好後，起着重要做用的是GC收集器，GC收集器分爲新生代收集器和老年代收集器，不一樣的收集器使用不一樣的收集算法，有着不一樣的特色，因爲目前的收集器在內存回收時沒法消除（Stop-the-world），即在回收內存時不可避免的中止用戶線程，目前的收集器只能使停頓時間愈來愈短，可是沒法完全消除，主要的收集其中Parallel Scavenge和Parallel Old是追求吞吐量爲目標，其它的收集器都是追求高響應，低停頓，

　　新生代收集器：Serial、PraNew、Parallel Scavenge

　　老年代收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS

• Serial收集器（複製算法)
  新生代單線程收集器，標記和清理都是單線程，優勢是簡單高效。
• Serial Old收集器(標記-整理算法)
  老年代單線程收集器，Serial收集器的老年代版本。
  
• ParNew收集器(中止-複製算法)
  新生代收集器，能夠認爲是Serial收集器的多線程版本,在多核CPU環境下有着比Serial更好的表現。
• Parallel Scavenge收集器(中止-複製算法)
  並行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量通常爲99%， 吞吐量= 用戶線程時間/(用戶線程時間+GC線程時間)。適合後臺應用等對交互相應要求不高的場景。
• Parallel Old收集器(中止-複製算法)
  Parallel Scavenge收集器的老年代版本，並行收集器，吞吐量優先
• CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（標記-清理算法）
  高併發、低停頓，追求最短GC回收停頓時間，cpu佔用比較高，響應時間快，停頓時間短，多核cpu 追求高響應時間的選擇
• G1（Garbage-First)收集器(標記-整理算法、中止複製算法)GC最新型號，高富帥，高併發、可預測停頓、分代收集，不出意外將來主流將會逐步替代CMS，g1模糊了分代概念，雖然仍是分爲新生代和老年代，可是新生代和老年代再也不是物理隔離，而是將內存分爲n個region，以region爲清理單位，總體採用標記-整理算法，region內部使用中止-複製算法。