JVM 垃圾回收

引用類型

1. 強引用：發生 gc 的時候不會被回收

2. 軟引用：有用但不是必須的對象，在發生內存溢出以前會被回收

3. 弱引用：有用但不是必須的對象，在下一次 GC 時會被回收

4. 虛引用（幽靈引用/幻影引用）：沒法經過虛引用得到對象

   用 PhantomReference 實現虛引用，虛引用的用途是在 gc 時返回一個通知

垃圾辨別方法

1. 引用計數器
   • 爲每一個對象建立一個引用計數，有對象引用時計數器 +1，引用被釋放時計數 -1
   • 當計數器爲 0 時就能夠被回收。缺點是不能解決循環引用的問題
2. 可達性分析
   • 從 GC Roots 開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱爲引用鏈
   • 當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連時，則證實此對象是能夠被回收的

GC Roots，GC 的根集合， 是一組必須活躍的引用

可做爲 GC Roots 的對象有：

1. 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
2. 方法區中類靜態屬性引用的對象
3. 方法區中常量引用的對象
4. 本地方法棧中 JNI（即通常說的 native 方法）中引用的對象

垃圾收集算法

1. 引用計數（Reference Counting）

   • 原理是此對象有一個引用，即增長一個計數，刪除一個引用則減小一個計數
   • 垃圾回收時，只用收集計數爲 0 的對象
   • 缺點：沒法處理循環引用問題

2. 標記-清除（Mark-Sweep）

   • 第一階段從引用根節點開始標記全部被引用的對象
   • 第二階段遍歷整個堆，把未標記的對象清除
   • 缺點：此算法須要暫停整個應用，同時，會產生內存碎片

3. 複製（Copying）

   • 把內存空間劃爲兩個相等的區域，每次只使用其中一個區域
   • 垃圾回收時，遍歷當前使用區域，把正在使用中的對象複製到另一個區域中。每次只處理正在使用中的對象
   • 由於複製成本比較小，同時複製過去之後還能進行相應的內存整理，不會出現「碎片」問題
   • 缺點：須要兩倍內存空間

4. 標記-整理（Mark-Compact）

   • 第一階段從引用根節點開始標記全部被引用對象
   • 第二階段遍歷整個堆，將全部存活的對象都向一端移動，而後直接清除掉端邊界之外的內存
   • 此算法避免了「標記-清除」的碎片問題，同時也避免了「複製」算法的空間問題

5. 分代（Generational Collecting）

   • 基於對對象生命週期分析後得出的垃圾回收算法
   • 把堆中對象分爲年青代、年老代、持久代（JDK8 不存在持久代）
   • 按照對象經歷的 GC 次數來肯定是哪一代
   • 對不一樣代使用不一樣的算法進行回收
   • 如今的垃圾回收器通常使用此算法，是多種基本回收算法的組合使用

分代回收算法

起源：研究發現，大部分 java 對象只存活一小段時間，而存活下來的小部分 java 對象則會存活很長一段時間

簡單來講，將堆分紅兩部分，年輕代用來存放新對象，當對象存活時間夠長時，移動到年老代

堆的分代

1. 年輕代 Young Generation

   • 默認佔總空間的 1/3（經過 -XX:NewRatio 指定年輕代和老年代比例）
   • 分爲 Eden、To Survivor、From Survivor 三個區，默認佔比 8：1：1（經過 -XX:SurvivorRatio 指定）

2. 年老代 Tenured Generation

   • 默認佔總空間的 2/3

3. 持久代 Perm Generation（JDK8後不存在）

   • 即方法區，用於存放靜態文件，現在Java類、方法等
   • 持久代對垃圾回收沒有顯著影響
   • 在 JDK8 中，廢棄了持久代，改用元空間（metaspace）實現方法區，屬於本地內存

分代收集

1. 年輕代回收器

   • 假設大部分對象都存活很短期，須要頻繁採用耗時較短的垃圾回收算法

   • 新生代垃圾收集器通常採用複製算法，優勢是效率高，缺點是內存利用率低

   • 垃圾收集器有：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

2. 年老代回收器

   • 假設老年代中的對象大機率繼續存活，真正觸發老年代 gc 時，表明假設出錯或堆空間已耗盡，通常須要全堆掃描，全局垃圾回收
   • 老年代收集器通常採用的是標記-整理的算法進行垃圾回收
   • 垃圾收集器有：Serial Old、Parallel Old、CMS

3. 整堆回收器

   G1：兼顧吞吐量和停頓時間的 GC 實現，JDK 9 之後的默認 GC 選項

回收過程

新對象存放在年輕代的 Eden 分區，Eden 空間耗盡時，觸發 gc，通常使用複製算法

年老代空間佔用到達某個值以後就會觸發全局垃圾收回，通常使用標記整理算法

1. 把 Eden 和 From Survivor 存活的對象放入 To Survivor 區
2. 清空 Eden 和 From Survivor 分區
3. From 和 To 交換指針，保證下次 gc 前To Survivor 爲空
4. Survivor 分區的對象，通過一次複製年齡就 +1，年齡到達 15時（默認 15），Survivor 分區升級爲老生代。對象也會直接進入年老代

gc 類型

1. Minor GC

   • 通常狀況下，當新對象生成，而且在 Eden 申請空間失敗時，就會觸發Minor GC
   • 在年輕代 Eden 區域進行GC，清除不存活對象，而且把尚且存活的對象移動到 Survivor 區。而後整理 Survivor 的兩個區
   • 很頻繁的 gc，不影響老年代

2. Full GC

   對整個堆進行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，所以應該儘量減小Full GC。有以下緣由可能致使Full GC：

   • Tenured 被寫滿
   • Perm 域被寫滿（JDK8 以前）
   • System.gc( ) 被顯示調用
   • 上一次 GC 以後堆的各域分配策略動態變化

垃圾收集器

收集器分類

1. 串行收集器

   • 使用單線程處理全部垃圾回收工做，由於無需多線程交互，因此效率比較高

   • 沒法使用多處理器的優點，因此適合單處理器機器，也能夠用在小數據量狀況下的多處理器機器

   • 可使用 -XX:+UseSerialGC 打開

2. 並行收集器

   • 對年輕代進行並行垃圾回收，能夠減小垃圾回收時間。通常在多線程多處理器機器上使用

     使用 -XX:+UseParallelGC 打開

   • 並行收集器 jdk5 引入，在 jdk6 中進行了加強，可對堆年老代進行並行收集

     使用 -XX:+UseParallelOldGC 打開

   • 若是年老代不使用併發收集，而使用單線程進行垃圾回收，會制約擴展能力

3. 併發收集器

   • 能夠保證大部分工做都併發進行（應用不中止），垃圾回收只暫停不多的時間
   • 此收集器適合對響應時間要求比較高的中、大規模應用
   • 使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC 打開

常見收集器

1. Serial：最先的單線程串行垃圾回收器
2. Serial Old：Serial 垃圾回收器的老年版本，一樣也是單線程的，能夠做爲 CMS 垃圾回收器的備選預案
3. ParNew：是 Serial 的多線程版本
4. Parallel ：
   • 和 ParNew 收集器相似，是多線程的收集器
   • Parallel 是吞吐量優先的收集器，能夠犧牲等待時間換取系統的吞吐量
5. Parallel Old：
   • 是 Parallel 老生代版本
   • Parallel 使用複製算法，Parallel Old 使用標記-整理算法
6. CMS：一種以得到最短停頓時間爲目標的收集器，很是適用 B/S 系統
7. G1：一種兼顧吞吐量和停頓時間的 GC 實現，是 JDK 9 之後的默認 GC 選項

CMS 收集器

1. CMS：Concurrent Mark-Sweep

   • 犧牲吞吐量來得到最短回收停頓時間

   • 很是適合用在要求服務器響應速度的應用上

   • 使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC 來指定使用 CMS 垃圾回收器

2. CMS 使用標記-清除的算法

   • 在 gc 時候會產生大量的內存碎片
   • 當剩餘內存不能知足程序運行要求時，系統將會出現 Concurrent Mode Failure
   • 臨時 CMS 會採用 Serial Old 回收器進行垃圾清除，此時的性能將會被下降