3-JVM垃圾回收算法和垃圾收集器

垃圾回收算法和垃圾收集器

1.什麼是垃圾回收

對於內存當中無用的對象進行回收，如何去判斷一個對象是否是無用的對象。

引用計數法：

每一個對象中都會存儲一個引用計數，每增長一個引用就+1，消失一個引用就-1。當引用計數器爲0時就會判斷該對象是垃圾，進行回收。

可是這樣會有一個弊端。就是當有兩個對象互相引用時，那麼這兩個對象的引用計數器都不爲0，那麼就不會對其進行回收。

可達性分析：

判斷某個對象是否可到達。有兩種方式判斷是否可到達：

1. 直接引用（上帝視角GC Roots）：就是虛擬機棧幀中的局部或本地變量表、類加載器、static成員、常量引用、Thread等等中的引用直接到達。

   爲何本地或局部變量表裏面的變量有它出發就能夠用來判斷GC Roots的判斷標準呢？

   由於只用它表示這個棧幀正在被壓棧，正在被使用，這個時候再去回收這個對象不是瘋了嘛！！！同理static、常量也是同樣的道理。

2. 間接引用：經過別人的引用來達到。

併發的可達性分析（併發標記、浮動垃圾）：https://mp.weixin.qq.com/s/EgVPlOLArsWb86Kujykn3A

2.垃圾回收的策略

垃圾收集算法

• 標記-清除

  先標記

  後清除

  弊端一：會有空間碎片問題，空間不連續；這時若是有大一點的對象進來，發現沒有連續的空間內存去進行分配，就會再一次的觸發垃圾回收機制。

  弊端二：在標記和清除的過程當中、會掃描整個堆內存；會比較耗時。

  有點：簡單、明瞭、好操做。

• 標記-複製

  一開始將這個內存空間一分爲二，兩邊大小相等，一邊使用中的，一邊是保留區未使用的。劃分爲這樣示例圖：

  在標記和清除以後，將存活的對象複製到另一邊，在將先前的一邊數據所有清除掉。

  以後以此反覆、兩個循環往返。

  相似於堆內存中的新生代（Young）區中的Survivor區中的S0、S1，因此堆內存中的新生代（Young）區必定用的就是複製算法。

• 標記-整理

  先標記

  後整理。

  整理移動以後會獲得一片連續的可分配內存空間。解決了空間碎片的問題，可是這種方式在標記和整理移動的過程當中也是耗時的。

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垃圾收集器：評判一個垃圾收集好壞和調優關注的是【高吞吐量、少停頓時間、少垃圾回收次數】

串行：Serial系列；

並行【吞吐量優先】：Paraller系列；

吞吐量：用戶代碼執行的時間 / （用戶代碼執行的時間+垃圾收集時間）99/(99+1)=99%。

適用於後臺運算，不須要太多的交互場景。

併發【停頓時間優先】：CMS、G1；

​ 適用於用戶交互較多的場景，給用戶更好的體驗感；如Web應用。

JVM垃圾收集器調優的原則：儘量在停頓時間較低的狀況下，追求高的吞吐量和少的垃圾回收次數。

官方JVM垃圾收集器建議：

1. 使用默認垃圾收集器
2. 調整JVM堆的大小
3. • 若是應用程序內存空間比較小（好比100MB），直接選擇SerialGC串行收集器。-XX:+UseSerialGC
   • 若是應用程序運行在一個單核的CPU，和沒有停頓時間要求的狀況下；可讓JVM本身去選擇或者選擇SerialGC串行收集器。-XX:+UseSerialGC
   • 若是應用程序更加關注的吞吐量也沒有停頓時間要求的狀況下，可讓JVM本身去選擇或者選擇並行的ParallelGC。-XX+UseParallelGC
   • 若是應用程序對停頓時間要求比較高（好比小於1秒鐘的時間），那麼就選擇CMS或者G1的收集器。-XX:+UseConcMarkSweepGC 或 -XX:+UseG1GC

G1（Garbage-First）：JDK7出現，JDK8推薦使用，JDK9默認垃圾收集器。

G1的整個垃圾收集並清理的過程階段大致上和CMS收集器是不變的。在最後一個階段進行刪選回收（選擇性的回收，進行優先級的回收：優先回收區域（Region）內存活對象較少的）。

從新設計內存空間如圖所示：

整個內存劃分爲一個個大小相等的區域（Region）。邏輯上對這些區域（Region）進行標記，這些標記有Eden區，Survivor區和Old區。這時的物理空間上就不在是連續空間了；以前的空間劃分都是連續的空間。假如回收掉某個Old區的數據，這時這個區域也可能會標位Survivor區或者Eden區。

區域（Region）內還有一個記錄rememberd Set。之前會全盤掃描堆內存，是比較耗時的。這時會記錄一個對象存活的地方，對象的引用指向；這樣就不用在全盤掃描了耗時比較低。

官方文檔（G1垃圾收集器的前世此生）：https://www.oracle.com/technetwork/tutorials/tutorials-1876574.html

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Young Generation（新生代）- 垃圾收集算法必定是標記-複製算法的實現

Serial：JDK1.3出現的，單線程收集，STW。那時候的CPU仍是單核CPU。單線程處理效率比較高，在進行垃圾回收的時候，會暫停業務線程，等待垃圾回收完成以後，在讓業務線程再繼續執行。會搭配老年代的SerialOld配合使用。

這時會出現Stop The World（STW）

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ParNew：並行垃圾收集器多個垃圾線程一塊兒跑，STW ，停頓時間較多，更加關注吞吐量

複製算法、並行多線程垃圾收集器，解決了單線程的侷限性，可是仍是Stop The World（STW）。

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ParallelScavenge

同上

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Tenured Generation（老年代）- 這裏是標記-清除、或標記-整理的算法實現

CMS：JDK5出現的，併發收集，兩個階段會STW（初始標記、從新標記），更加關注停頓時間。在JDK8中已經不推薦使用，JDK8推薦使用G1收集器。

併發：垃圾收集線程和業務代碼線程一塊兒跑。可是並不能作到全程一塊兒執行。

由於垃圾收集線程在執行的時候對垃圾進行標記，這時業務代碼線程也在執行，也會產生新的垃圾。至少在垃圾收集線程在進行標記的階段，業務代碼暫定的是不執行的。

劃分爲四個階段：初始標記、併發標記、從新標記、併發清理。

初始標記：第一階段會Stop The World（STW）。這個階段執行的時間是很是快的，若是開啓多個線程，會消耗線程以前的切換反而會增長時間成本。

併發標記：第二階段就是可達性分析，對第一階段的垃圾進行跟蹤。在這個階段垃圾線程和業務線程是一塊兒執行的；爲啥能夠一塊兒執行呢？由於在第一階段初始標記完成後大局已定，第二階段的併發標記只是作增量的更新。若是此時又產生了垃圾那麼就是浮動垃圾（把本來消亡的對象錯誤的標記爲存活狀態），只能等待下次清理。

從新標記：第三階段這時會中止業務代碼的線程Stop The World（STW），會多線程垃圾收集器並行一塊兒跑，一塊兒執行。

併發清理：第四階段垃圾收集線程和業務代碼線程再次一塊兒執行，一塊兒跑。

特色：併發收集，停頓時間較少。

缺點：會產生浮動垃圾。其次因爲採用的是標記-清除這樣的算法會產生大量的空間碎片。

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Serial Old：串行的

Paraller Old：並行的

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如何查看當前JAVA程序應用使用的是什麼垃圾收集器：

# 查看進程ID
jps -l
8720 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
10212 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
3764
15480 sun.tools.jps.Jps
4216 com.hopefun.scm.WebApplication
# 查看當前進程下是否使用UseParallelGC
jinfo -flag UseParallelGC 4216
-XX:+UseParallelGC

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