小師妹學JVM之:GC的垃圾回收算法

簡介

JVM的重要性不言而喻了，若是把java的應用程序比做一輛跑車，那麼JVM就是這輛車的發動機，沒有它，java程序就成了空中樓閣，無根浮萍。而在JVM中有一塊內存區域叫作運行時數據區域，存儲了運行時所須要的全部對象，而Heap Area則是其中最大的一塊。

內存畢竟不是無限的，因此就須要一種機制來將再也不使用的對象進行回收，這種機制就是今天咱們要講的GC。

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對象的生命週期

小師妹:F師兄，你相信這個世界有輪迴嗎？

師兄我是一個堅決的無神論者，活在當下就行了，何須操心後面的輪迴呢？

小師妹:F師兄，這個你就不懂了，意識是組成腦的原子羣的一種組合模式，咱們大腦的物質基礎和一塊石頭沒有什麼不一樣。當咱們掌握大腦的組合方式，而後重構，咱們的意識就重現了，這就是輪迴。這但是量子理論中提到的觀念哦。

哇，小師妹何時這麼厲害了，都開始探討這麼高深的話題了。F師兄我實在是跟不上節奏啊。

小師妹，F師兄，我是怕你尷尬，想引出java對象的生命週期這個話題嘛。

量子理論我不熟，java對象我還沒怕過誰。

對象的生命週期其實很簡單：建立，使用中，最後被銷燬。

1. 建立對象

舉個最簡單的建立對象的例子：

Object obj = new Object();

對象建立的時候，將會爲該對象分配特定的空間。

1. 使用對象

對象建立以後，就能夠被其餘的對象使用，若是其餘的對象有使用該對象，那麼咱們成爲該對象被引用了。

1. 對象銷燬

當一個對象沒有被其餘對象引用的時候，咱們就稱爲該對象能夠被回收了。在Java中，對象的回收是由GC來負責的。

垃圾回收算法

小師妹：F師兄，我以爲垃圾回收好像挺簡單的，咱們爲每一個對象維持一個指針計數器，每引用一次就加一，這樣不就能夠實現垃圾回收器了嗎？

底層原理是這麼一個道理，可是JVM須要一種更加高效的算法來保證垃圾回收的效率，同時也不會影響正在運行的程序。

接下來咱們將會介紹一下，在JVM中比較經常使用幾個垃圾回收算法：

Mark and sweep

Mark and sweep是最最簡單的垃圾回收算法，簡單點講，它能夠分爲兩個步驟：

1. 標記live對象

標記live對象聽起來很簡單，就是掃描堆中的對象，看這些對象是否被引入。

可是這裏有一個問題，若是是兩個對象互相引用的時候，而這兩個對象實際上並無被外部的對象所引用，那麼這兩個對象實際上是應該被回收的。因此咱們還須要解決一個關鍵性的問題：從哪裏開始掃描的問題。

JVM定義了一些Root對象，從這些對象開始，找出他們引用的對象，組成一個對象圖。全部在這個圖裏面的對象都是有效的對象，反之不在對象圖中的對象就應該被回收。有效的對象將會被Mark爲alive。

這些Root對象包括：正在執行的方法中的本地對象和輸入參數。活動的線程，加載類中的static字段和JNI引用。

注意，這種遍歷實際上是有個缺點的，由於爲了找到對象圖中哪些對象是live的，必須暫停整個應用程序，讓對象變成靜止狀態，這樣才能構建有效的對象圖。後面咱們會介紹更加有效的垃圾回收算法。

1. 刪除對象

掃描對象以後，咱們就能夠將未標記的對象刪除了。

刪除有三種方式，第一種方式是正常刪除。可是正常刪除會致使內存碎片的產生。因此第二種方式就是刪除以後進行壓縮，以減小內存碎片。還有一種方式叫作刪除拷貝，也就是說將alive的對象拷貝到新的內存區域，這樣一樣能夠解決內存碎片的問題。

Concurrent mark sweep (CMS)

在講CMS以前，咱們先講一下垃圾回收器中的Eden，Old和Survivor space幾個你們應該都很熟悉的分代技術。

Young Gen被劃分爲1個Eden Space和2個Suvivor Space。當對象剛剛被建立的時候，是放在Eden space。垃圾回收的時候，會掃描Eden Space和一個Suvivor Space。若是在垃圾回收的時候發現Eden Space中的對象仍然有效，則會將其複製到另一個Suvivor Space。

就這樣不斷的掃描，最後通過屢次掃描發現任然有效的對象會被放入Old Gen表示其生命週期比較長，能夠減小垃圾回收時間。

以後要將的幾個垃圾回收器，除了ZGC，其餘都使用的是分代的技術。

好了，如今繼續講CMS，CMS是mark and swap的升級版本，它使用多個線程來對heap區域進行掃描，從而提高效率。

CMS在Young Generation中使用的是mark-copy，而在Old Generation主要使用的是mark-sweep。

使用CMS的命令很簡單：

-XX:+UseConcMarkSweepGC

上面是列出的一些CMS的調優參數。

Serial garbage collection

Serial garbage collection使用單一的線程來進行垃圾回收操做，其好處就是不須要和其餘的線程進行交互。若是你是單核的CPU，那麼最好就是選擇Serial garbage collection，由於你不能充分利用多核的好處。一樣的它也經常用在比較小型的項目中。

Serial garbage collection在Young Generation中使用的是mark-copy，而在Old Generation主要使用的是 mark-sweep-compact。

下面是開啓命令：

-XX:+UseSerialGC

Parallel garbage collection

和serial GC相似，它在Young Generation中使用的是mark-copy，而在Old Generation主要使用的是 mark-sweep-compact。不一樣的是它是並行的。

能夠經過下面的命令來指定併發的線程：

-XX:ParallelGCThreads=N

若是你是多核處理器，那麼Parallel GC多是你的選擇。

Parallel GC是JDK8中的默認GC。而在JDK9以後， G1是默認的GC。

使用下面的命令來開啓Parallel GC：

-XX:+UseParallelGC

G1 garbage collection

爲何叫G1呢，G1=Garbage First，它是爲替換CMS而生的，最先出如今java7中。

G1將heap區域劃分紅爲多個更小的區域，每一個小區域都被標記成爲young generation 或者old generation。從而運行GC在更小的範圍裏運行，而不是影響整個heap區域。

可使用下面的命令來開啓：

-XX:+UseG1GC

Z Garbage Collection

ZGC是一個可擴展的，低延遲的GC。ZGC是併發的，並且不須要中止正在運行的線程。

使用下面的命令來開啓：

-XX:+UseZGC

ZGC是在JDK11中被引入的。

怎麼選擇

小師妹：F師兄，你講了這麼多個GC，到底我該用哪一個呢？

高射炮不能用來打蚊子，因此選擇合適的GC纔是最終要的。這裏F師兄給你幾個建議：

1. 若是你的應用程序內存原本就很小，那麼使用serial collector ： -XX:+UseSerialGC.
2. 若是你的程序運行在單核的CPU上，而且也沒有程序暫停時間的限制，那麼仍是使用serial collector ： -XX:+UseSerialGC.
3. 若是對峯值期的性能要求比較高，可是對程序暫停時間沒多大的要求，那麼可使用 parallel collector： -XX:+UseParallelGC。
4. 若是更加關注響應時間，而且GC的對程序的暫停時間必需要小，那麼可使用-XX:+UseG1GC。
5. 若是響應時間很是重要，而且你在使用大容量的heap空間，那麼能夠考慮使用ZGC： -XX:UseZGC。

總結

本文介紹了幾種GC的算法，你們能夠根據須要選用。

本文做者：flydean程序那些事

本文連接：http://www.flydean.com/jvm-gc-algorithms/

本文來源：flydean的博客

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