JVM的GC概述

作者：永志

链接：www.cnblogs.com/metoy

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GC即垃圾回收，是指jvm用于释放那些不再使用的对象所占用的内存。

在充分理解了垃圾收集算法和执行过程后，才能有效的优化它的性能。

有些垃圾收集专用于特殊的应用程序。比如，实时应用程序主要是为了避免垃圾收集中断，而大多数OLTP应用程序则注重整体效率。

垃圾收集的目的在于清除不再使用的对象。gc通过确定对象是否被活动对象引用来确定是否收集该对象。两种常用的方法是引用计数和对象引用遍历。

引用计数

引用计数存储对特定对象的所有引用数，也就是说，当应用程序创建引用以及引用超出范围时，jvm必须适当增减引用数。当某对象的引用数为0时，便可以进行垃圾收集。

对象引用遍历

早期的jvm使用引用计数，现在大多数jvm采用对象引用遍历。对象引用遍历从一组对象开始，沿着整个对象图上的每条链接，递归确定可到达（reachable）的对象。如果某对象不能从这些根对象的一个（至少一个）到达，则将它作为垃圾收集。在对象遍历阶段，gc必须记住哪些对象可以到达，以便删除不可到达的对象，这称为标记（marking）对象。

基本的回收算法：

空间维度：标记－清除、标记－压缩、标记-复制、增量回收、分代回收

时间维度：串行回收、并发回收、并行回收

标记－清除：

标记清除的算法最简单，主要是标记出来需要回收的对象，然后然后把这些对象在内存的信息清除，会产生大量内存碎片。

标记-压缩

有时也叫标记－清除－压缩收集器，这个算法是在标记-清除的算法之上进行剪切操作，将存活对象压缩在一起，减少内存碎片。由于压缩空间需要一定的时间，会影响垃圾收集的时间。

标记-复制

这个算法是把内存分配为两个空间，一个空间（A）用来负责装载正常的对象信息，另外一个内存空间（B）是垃圾回收用的。

每次把空间A中存活的对象全部复制到空间B里面，在一次性的把空间A删除。

这个算法在效率上比标记-清除-压缩高，但是需要两块空间，对内存要求比较大，内存的利用率比较低。适用于短生存期的对象，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。

增量回收：

增量回收器：把堆分为多个域，每次对从一个域进行垃圾回收。这样只会早点一小部分程序暂停。

分代回收：

基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把对象分为年青代、年老代、持久代，对不同生命周期的对象使用不同的算法进行回收。

串行回收：

用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，所以效率比较高。但是，也无法使用多处理器的优势，所以此收集器适合单处理器机器。

并行回收：

用多线程处理所有垃圾回收工作，利用多核处理器的优势。对于空间不大的区域（如young generation），采用并行收集器停顿时间很短，回收效率高，适合高频率执行。但是如果线程数量过多，导致线程之间频繁调度，也会影响性能。一半并行收集的线程是处理器的个数。

并发回收：

并发收集器GC时GC线程和应用线程大部分时间是并发执行，只是在初始标记（initial mark）和二次标记（remark）时需要stop-the-world，这可以大大缩短停顿时间（pause time），所以适用于响应时间优先的应用，减少用户等待时间。

由于GC是和应用线程并发执行，只有在多CPU场景下才能发挥其价值，在一个N个处理器的系统上，并发收集部分使用K/N个可用处理器进行回收，一般情况下1=K=N/4。在执行过程中还会产生新的垃圾floating garbage（浮动垃圾），如果等空间满了再开始GC，那这些新产生的垃圾就没地方放了（并发收集器一般需要20%的预留空间用于这些浮动垃圾），这时就会启动一次串行GC，等待时间将会很长，所以要在空间还未满时就要启动GC。

mark和sweep操作会引起很多碎片，所以间隔一段时间需要整理整个空间，否则遇到大对象，没有连续空间也会启动一次串行GC。采用此收集器，收集频率不能大，否则会影响到cpu的利用率，进而影响吞吐量。

JVM的GC触发原理

JVM的GC主要是对堆内存的回收，一般把新生代的GC称为minor GC ，把老年代的GC成为 full GC，所谓full gc会先出发一次minor gc，然后在进行老年代的GC。

首先想eden区申请分配空间，如果空间够，就直接进行分配，否则进行一次Minor GC。

minor GC 首先会对Eden区的对象进行标记，标记出来存活的对象。然后把存活的对象copy到From空间。

如果From空间足够，则回收eden区可回收的对象。

如果from内存空间不够，则把From空间存活的对象复制到To区，

如果TO区的内存空间也不够的话，则把To区存活的对象复制到老年代。

如果老年代空间也不够（或者达到触发老年年垃圾回收条件的话）则触发一次full GC。

简单方向就是Eden-From-To-Old，如下图所示：

默认是不会对持久带（方法区）进行垃圾回收的，设置参数可回收：-XX:+CMSClassUnloadingEnabled

JVM支持的GC收集器

JVM采用的是分代回收，不同代有不同的垃圾收集器

如图所示：连线的是可以组合使用

各个收集器的细节我就不在这里COPY/PASTE了，SerialOld收集器在书的图中没有，是我后加上的，其实很少使用。

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