【JVM】垃圾回收

垃圾确定

引用计数法

• 概念：对于某个对象而言，只要应用程序中持有该对象的引用，就说明该对象不是垃圾，如果一个对象没有任何指针对其引用，它就是垃圾。
• 缺点：如果AB相互持有引用，导致永远不能被回收。

可达性分析

• 概念：通过GC Root对象，开始向下寻找，看某个对象是否可达。
• 能作为GC Root的对象：类加载器、Thread、虚拟机栈的本地变量表、static成员、常量引用、本地方法栈的变量等。

垃圾收集算法

标记-清除(Mark-Sweep)

标记

• 找出内存中需要回收的对象，并且把它们标记出来，
• 堆中所有的对象都会被扫描一遍，从而才能确定需要回收的对象，比较耗时

清除

• 清除掉被标记需要回收的对象，释放出对应的内存空间

缺点

• 标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，导致因无法找到足够的连续内存分配大对象从而触发GC。
• 标记和清除两个过程都比较耗时，效率不高。

复制(Copying)

流程

• 将内存划分为两块相等的区域，每次只使用其中一块，如下图所示：
  
• 当其中一块内存使用完了，就将还存活的对象复制到另外一块上面，然后把已经使用过的内存空间一次清除掉。
  

缺点

• 空间利用率降低。

标记-整理(Mark-Compact)

流程

• 标记过程仍然与"标记-清除"算法一样，但是后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
  
  

分代收集算法

• Young区：复制算法（对象在被分配之后，可能生命周期比较短，Young区复制效率比较高）
• Old区：标记清除或标记整理（Old区对象存活时间比较长，复制来复制去没必要，不如做个标记再清理）

垃圾收集器

吞吐量和停顿时间

• 吞吐量：运行用户代码时间 / 运行用户代码时间 + 垃圾收集时间。
• 停顿时间：垃圾收集器进行垃圾回收终端应用执行响应的时间。
• 停顿时间越短就越适合需要和用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验。
• 高吞吐量则可以高效地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任
  务。
• 这两个指标也是评价垃圾回收器好处的标准，其实调优也就是在观察者两个变量。

Serial收集器

Serial Old收集器

ParNew收集器

Parallel Old收集器

Parallel Scavenge收集器

CMS收集器

目标

• 获取最短回收停顿时间

算法

• 标记-清除

特性

• 老年代的垃圾收集器
• 并发收集、低停顿
• 非常符合互联网站或者B/S系统的服务端上，重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短的应用。
• 内存回收过程与用户线程一起并发地执行
• 对CPU资源非常敏感
• 产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

流程

• 初始标记（initial mark）：标记GC Roots能关联到的对象，速度很快，但是需要暂停用户线程（Stop The World）
• 并发标记（concurrent mark）：进行GC Roots Tracing，可以和用户线程并发执行
• 重新标记（remark）：修改并发标记因用户程序变动的内容，需要STW
• 并发清除（concurrent sweep）：可以和用户线程并发执行

G1收集器

算法

• 标记-整理

特性

• 并行与并发：充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势。
• 分代收集：不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆
• 空间整合：不会导致空间碎片
• 可预测的停顿：能让使用者明确指定一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒
• 整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region）
• JDK 7开始使用，JDK 8非常成熟，JDK 9默认的垃圾收集器，适用于新老生代

流程

• 初始标记（Initial Marking）：标记一下GC Roots能够关联的对象，并且修改TAMS的值，耗时很短，需要STW
• 并发标记（Concurrent Marking）：从GC Roots进行可达性分析，找出存活的对象，耗时较长，可以与用户线程并发执行
• 最终标记（Final Marking）：修正在并发标记阶段因为用户程序的并发执行导致变动的数据，需要STW
• 筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）：对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间制定回收计划

垃圾收集器比较

如何选择合适的垃圾收集器

官网参考：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/collectors.html#sthref28

• 优先调整堆的大小让服务器自己来选择
• 如果内存小于100M，使用串行收集器
• 如果是单核，并且没有停顿时间要求，使用串行或JVM自己选
• 如果允许停顿时间超过1秒，选择并行或JVM自己选
• 如果响应时间最重要，并且不能超过1秒，使用并发收集器

如何开启需要的垃圾收集器

• -XX:+UseConcMarkSweepGC：使用CMS垃圾收集器
• -XX:+UseG1GC：使用G1垃圾收集器