深刻探究jvm之GC的算法及種類

1、GC基本概念

　　GC(Garbage Collection)垃圾收集，1960年最先在List中使用。在Java中GC回收的對象是堆空間和永久區，能夠有效避免程序員人爲形成內存泄漏問題。將堆空間和永久區沒有做用的對象進行釋放和回收。

2、GC算法

一、引用計數法：

　　是一種老牌的垃圾回收算法，經過引用計算來回收垃圾，被COM、ActionScript三、Python所使用。

　　引用計數法的實現很簡單，對於一個對象A，只要有任何一個對象引用了A，那麼A的引用計數器就會+1，當引用失效時，引用計數器就會-1。只要對象A的引用計數器的值爲0，那麼對象A 就不可能再被使用。

　　

　　引用計數法存在的問題：

　　1）引用和去引用伴隨着加法，程序運行時隨時都發生着引用和去引用，影響性能；

　　2）很難處理循環引用的問題，以下圖：

 　　中間節點未被根節點引用，但通過一次循環後引用計數爲2，仍然不會被清除，實際上應該被清除。

二、標記-清除法：

　　標記-清除算法是現代垃圾回收算法的思想基礎。標記-清除算法將垃圾回收分爲兩個階段：標記階段和清除階段。一種可行的實現是，在標記階段，首先經過根節點，標記全部從根節點開始的可達對象。所以未被標記的對象就是未被引用的垃圾對象。而後在清除階段，清除全部未被標記的對象。

 

 　　灰色對象都是根節點的可達對象，黑色對象未被根節點引用（直接或間接），白色部分爲空閒空間。清理階段會將黑色對象（未被標記）清理掉。

三、標記-壓縮法：

　　標記-壓縮算法適合存活對象比較多的場合，如老年代。它在標記-清除算法的基礎上作了一些優化。和標記-清除算法同樣，標記-壓縮算法也首先須要從根節點開始，對全部可達對象作一次標記，但以後，它並不只僅簡單的清理未標記的對象，而是將全部存活的對象壓縮到內存的一端。以後清理邊界外全部的對象。以下圖：

四、複製算法

　　與標記-清除算法相比，複製算法是一種相對高效的回收算法，但不適用於存活對象較多的場合，如老年代。

　　它主要實現方案是將原有的內存空間分爲兩塊，每次只使用其中的一塊，在垃圾回收時，將正在使用的內存中的存活對象複製到未被使用的內存塊中，以後，清除正在使用的內存塊中全部對象，交換兩個內存塊的角色，完成垃圾回收。

　　

　　因而可知，複製算法最大的問題是空間浪費。Java中實際應用作了一些優化（分代思想，下面介紹），示例圖以下：

　　新生代總空間爲15M，但可用空間只有13824K。其中12288K爲eden區空間，主要存放新產生的對象，1536K爲新生代兩塊相同空間（倖存代中from區和to區）中其中一塊。

3、分代思想：

　　一、依據對象的存活週期進行分類，短命對象歸爲新生代，長命對象歸爲老年代；

　　二、根據不一樣代的特色，選取合適的GC算法，少許對象存活，適合複製算法；大量對象存活，適合標記清理或者標記壓縮。

 4、可觸及性：

　　全部的算法須要可以識別一個垃圾對象，所以引入了可觸及性的概念。

　　一、可觸及的：從根節點能夠觸及到的對象；

　　二、可復活的：一旦全部引用都被釋放，就是可復活狀態；由於有可能在finalize()方法中可能復活該對象；

　　三、不可觸及的：在finalize()方法後，可能會進入不可觸及狀態，不可觸及的對象不可能被複活，此時能夠被GC回收。

　　對象狀態轉換以下：

　　1）首先定義一個可復活對象，在finalize()方法中復活一個對象：

public class CanReliveObj {
	public static CanReliveObj obj;
	@Override
	protected void finalize() throws Throwable {
	    super.finalize();
	    System.out.println("CanReliveObj finalize called");
	    obj=this;
	}
	@Override
	public String toString(){
	    return "I am CanReliveObj";
	}
}

　　2）主函數方法以下：

public static void main(String[] args) throws
     InterruptedException{
　　obj=new CanReliveObj();
　　obj=null;   //可復活
　　System.gc();
　　Thread.sleep(1000);
　　if(obj==null){
    　　System.out.println("obj 是 null");
　　}else{
    　　System.out.println("obj 可用");
　　}
　　System.out.println("第二次gc");
　　obj=null;    //不可復活
　　System.gc();
　　Thread.sleep(1000);
　　if(obj==null){
　　　　System.out.println("obj 是 null");
　　}else{
　　　　System.out.println("obj 可用");
　　}
}

　　3）運行結果以下：

CanReliveObj finalize called
obj 可用
第二次gc
obj 是 null

　　注意，若是在調用finalize()方法後忘記釋放內存，那麼可復活對象就會一直存在於堆內存中，很容易形成內存溢出，所以是有風險的。在編碼的時候要注意如下幾點：

　　1）避免使用finalize()方法，操做不慎可能致使錯誤；

　　2）優先級很低，由於咱們不知道也沒法明確GC何時發生，使用finalize()方法反而增長了程序的不肯定性；

　　3）可使用try-catch-finally來代替finalize()方法。

5、根對象

　　什麼是根對象呢？主要有如下三類：

　　一、棧中引用的對象；

　　二、方法區靜態成員或者常量引用的對象（全局變量）；

　　三、JNI方法棧中引用的對象。

6、STOP-THE-WORLD

　　STOP-THE-WORLD是Java中一種全局停頓的現象，此時全部Java代碼中止運行，native方法能夠運行可是沒法與jvm發生交互，發生這種狀況多半是因爲GC引發的。另外Dump檢查、死鎖檢查、堆Dump也有可能引發。

　　一、GC爲何會引發全局停頓？

　　類比在聚會時打掃衛生，聚會時很亂，又會產生新的垃圾，房間永遠不會被打掃乾淨，只有暫停一下聚會纔會將房間打掃乾淨。

　　二、全局停頓的危害

　　長時間中止服務，沒有響應；對於HA系統可能會引發主備切換。

　　三、寫一個測試demo驗證STOP-THE-WORLD的存在

　　1）聲明一個線程，每過1s打印10條記錄；

public static class PrintThread extends Thread{
	public static final long starttime=System.currentTimeMillis();
	@Override
	public void run(){
		try{
			while(true){
				long t=System.currentTimeMillis()-starttime;
				System.out.println("time:"+t);
				Thread.sleep(100);
			}
		}catch(Exception e){
			
		}
	}
}

　　2）聲明另一個線程消耗資源，用來觸發GC（不斷的佔用內存，不斷的釋放變量來觸發GC）

public static class MyThread extends Thread{
	HashMap<Long,byte[]> map=new HashMap<Long,byte[]>();
	@Override
	public void run(){
		try{
			while(true){
				if(map.size()*512/1024/1024>=450){
					System.out.println(「=====準備清理=====:"+map.size());
					map.clear();
				}
				
				for(int i=0;i<1024;i++){
					map.put(System.nanoTime(), new byte[512]);
				}
				Thread.sleep(1);
			}
		}catch(Exception e){
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

　　3）啓動JVM的參數爲512m堆空間、串行回收器

-Xmx512M -Xms512M -XX:+UseSerialGC -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails  -Xmn1m -XX:PretenureSizeThreshold=50 -XX:MaxTenuringThreshold=1

　　4）觀察控制檯輸出和GC日誌，開始是1s打印10條記錄，後來產生了全局停頓。

　　GC發生的時間與全局停頓的時間是吻合的。