GC Java垃圾回收_gcjlhe-优快云博客

本文详细介绍了Java垃圾回收的基本概念，包括什么是垃圾、JVM如何定位垃圾，以及常用的垃圾回收算法。重点讲解了JVM的分代算法，新生代和老年代的管理，并探讨了各种垃圾回收器，如Serial、ParallelScavenge、CMS和G1。此外，还讨论了JVM调优的第一步，即理解生产环境下的垃圾回收器组合，并提供了JVM命令行参数的相关知识。

六、JVM调优第一步，了解生产环境下的垃圾回收器组合

七、总结及补充

一、什么是垃圾

没有任何引用指向的一个或多个对象；多个对象是指循环引用的对象。例如在内存中A引用B，B引用C，C引用A，三者虽然在相互引用，但是没有栈中的引用指向他们，所以也是垃圾。

二、JVM如何定位垃圾

两种算法

.引用计数算法(reference count)

在每个对象当中添加一个int变量count，每有一个引用指向该对象，那么count+1，如果为0则为垃圾。

但是这种方式无法处理循环引用垃圾。因为他们相互引用，count永远不可能为0。所以JVM不使用这种算法。

(2).根可达算法/根搜索算法(Root Searching)

涉及到一个面试经典问题：什么是根对象？

根对象：说白了就是系统一定会使用的对象。一定是根对象的对象(来源于JVM规范)：

线程栈中的对象(JVM Stack)：就是我们在栈中new出来的对象
本地方法栈中的对象(native method stack)
常量池中的对象(runtime constant pool)
静态对象(static reference in method area)
从Class类中load到内存的对象(Clazz)
以上五种对象中成员对象引用的对象

除了这6种，其他的对象都算垃圾。

右下角的两个为垃圾

三、常见的垃圾回收算法

(1)标记清除算法(Mark-Sweep)

在内存中找到垃圾并添加标记，GC直接将其释放。

存在问题：位置不连续，会产生碎片。

(2)拷贝算法(Copying)

将内存划分为两半，有一半不存放数据，另一半存放数据。当进行内存回收时，将使用的一半内存中的需要保留的数据拷贝到另一份内存中，同时释放所有刚才存放了数据的内存空间。

不会产生碎片，而且空间连续，对大进程友好，只是线性地址的一个拷贝的过程，所以效率非常高。但是严重浪费空间，10G的内存只能用5G

(3)标记压缩算法(Mark-Compact)

将空间上的零散的垃圾区域做标记，把后面不是垃圾的区域直接拷贝过来。这样，既释放了内存，又整理了内存空间，形成了一大片的可用区域，方便对后续的划分，由于操作时内存移动，多线程需要线程同步，效率较低。而使用单线程的话，效率本来就很低。

最好的算法，也是JVM在使用的。

四、JVM分代算法

部分垃圾回收器使用的模型。

一般分为：(1)新生代(new) (2)老年代(old) (3)永久代(jdk1.7)/元数据区(Meta Space jdk1.8)

永久代和元数据区都是装Class的，就是我们new出来的Class；永久代必须指定大小限制，在使用动态代理的时候会出现内存溢出。而元数据区可以设置也可以不设置，也就是可以无限大。直到物理内存溢出。

新生代(new)的划分：

新生代被划分为三块，eden区和两个survivor区(后面用s0 s1

来简称这两个区)。划分比例为8:1:1垃圾回收算法为拷贝算法。垃圾回收被称为YGC。YGC效率很高。

新生代的运行机制：

当我们new出一个对象之后，首先，会在栈上分配，如果栈上空间足够，则对象会直接待在栈中。如果栈空间不足，会进入eden区，在eden区中有一个TLAB(TLAB在总结中详解)的分配。JVM确信：在第一轮循环之后，这些new出的新对象90%都会被回收。
所以YGC会来到eden区进行回收，并把有用的对象放进以高速的拷贝算法放进s0。eden区被清空。
第二轮循环eden又会收纳很多新对象，之后继续让YGC进行定位回收。同时s0区中的对象也会被YGC检索。回收掉s0区中的垃圾。之后将eden区和s0区的所有有用的对象再次以高速的拷贝算法放进s1区。清空eden和s0.
之后的循环以此类推重复这些操作。当出现eden区的对象被装进s区的时候，s区已经满了，那么这些多出的对象会被直接装进老年代。对于s区中的对象，如果存活年龄已经达标，则进入老年代。具体达标年龄因不同的GC而异，例如ps+parallelOld是15,CMS是6，G1是15，ZGC没有，因为ZGC不分代。

老年代的划分：

老年代用于存放刚才还经常使用的对象，内部不细分，并且老年代一般不进行垃圾回收，垃圾回收算法为标记压缩算法和标记清除算法混合。没有特定垃圾回收名称，但作为区分我们称为OGC。新生代与老年代的划分比例为1:3

老年代的执行：

老年代不存放新对象，只存放从新生代中达标过来的对象。当老年代满了之后，会进行FGC而不是单纯的OGC。

FGC：Full GC

同时对新生代和老年代进行垃圾回收，内部涉及到压缩以及标记等复杂的工序，再加上整个内存都要被清理，所以效率极其低下。会导致明显的停顿。对于FGC要让它尽量少发生。这也是GC调优(JVM Tuning)

对于一些概念的澄清：MinorGC = YGC MajorGC = FGC

五、垃圾回收器

直到jdk14为止，JVM一共产生了十种垃圾回收器。

对于以上十种GC，直接背过。现在线上编程一般都用左半边的六种。也是需要重点掌握的。

左边六个为分代模型。GC从分代算法演化到了不分带算法。其中的连线表示这些GC可以相互配合使用。

GC浅谈

主要用于新生代的:

Serial：Java应用程序的其他所有线程都被挂起

(Stop-The-World,简称STW)，也就是程序停止运行，用单线程来进行垃圾回收。适用于几十MB的程序

PS(Parallel Scavenge)：停止运行的程序，用多线程进行

回收。适用于几GB的程序

ParNew：原理与PS相同，但它可以配合CMS的多线程

回收。

主要用于老年代的:

SerialOld：就是把Serial放到老年代里，原理与Serial相同。
ParallelOld：把PS放进老年代里，原理与PS相同。
CMS(ConcurrentMarkSweep)：一个极其复杂的GC，但是做到了高效。程序运行和垃圾回收是并发的，也就是同时运行，降低了STW的时间(大概200ms)。对于前五种，直接一两个小时程序一动不动都有可能。虽然高效，但是内部问题也很多也极其复杂。适用于几十GB的程序

不分新生代和老年代都可以使用的，并且都继于CMS后诞生：

G1：一个极其复杂的GC，STW甚至可以降低至10ms，适用于100GB以上的程序
ZGC：一个极其复杂的GC，STW甚至可以降至1ms，也是jdk更倾向于下一步所使用的，目前还在测试完善阶段。
Shenandoah(shan nen dou wa)：与ZGC相同。适用1T以上的程序。
Eplison：JDK做Debug的时候用的，实际上是一个空的GC，主要作用是调试JDK，看看程序的垃圾产生的过程；或者程序根本不需要使用GC。则使用Eplison。所以一般也不用。

GC组合：

在最早的时候 GC组合为：Serial+SerialOld

而在GC显著变化的一个时期JDK1.8：PS+ParallelOld

正由于1.8默认回收器如此，所以我们对于GC调优的主要对象为Serial、SerialOld、PS、ParallelOld。

六、JVM调优第一步，了解生产环境下的垃圾回收器组合

涉及到JVM命令行。

JVM参数分类

标准参数 -开头，所有的HotSpot(HotSpot是JDK的一种，JDK分好多种类)都支持

eg: java -version获取jdk等版本信息，这就是一条标准命令

2. 非标准参数 -X开头，特定版本的HotSpot支持特定命令

eg: java -X 获取所有非标准参数，这是一条非标准命令

3. 不稳定参数 -XX开头，下个版本有可能取消。

一些比较重要的命令

java -XX:+PrintCommandLineFlags 获取程序运行时所有生效的命令行参数，这句话很关键，用它可以观察生产环境中的环境配置，比如GC用了什么。

如上图片中所展示的就是环境配置。参数解释：

起始堆大小、最大堆大小、压缩指针、对对象进行压缩、默认GC为PrallelGC(PS+PrallelOld)

java -XX:+PrintFlagsInitial 获取所有参数的默认值
java -XX:+PrintFlagsFinal 获取所有参数现在的设置值(最终生效的值)
Java -XX:+PrintFlagsWithComments 获取所有-XX参数以及其解释，但只能在Debug环境下使用。所以我们一般采用2来获取所有的-XX参数

七、总结及补充

TLAB详解

TLAB(Thread Local Allocation Buffer) 线程本地分配缓冲区

在Eden中，每个分配线程来了之后，都会争着要为自己的对象分配空间，如果不进行线程同步，就会出现多个线程争抢一个eden地址的问题。但是线程同步又极其低效。所以引入了TLAB。

TLAB是eden区的一部分，它本身属于eden区。它的责任在于为每个线程划分一份极小的特有的空间。每个线程进来之后会先去它专属的那个TLAB中，由于空间是特有的，所以不会出现线程同步问题。从而提高了效率。由于TLAB空间极小，面对稍大一点的对象还是在eden上直接存放。但是TLAB只是一个缓冲作用，实际上所有的对象都还是被分配在了eden区中。

CMS详解

CMS工作流程图

CMS工作流程

当程序在运行的过程中，CMS首先会做一次初始标记，期间会造成STW，但是这个时间极短。CMS会拿一个单线程去找到所有的根引用。也就是标记所有根对象。所以会非常快。
并发标记:拿到根对象之后，CMS会顺着根对象中引用的对象去找其他对象，这个过程是与程序并发进行的。程序一边运行，CMS一边去找其他对象，是垃圾就初次标记。
正是因为做垃圾初次标记时，程序也在同时运行。所以，很容易出现两种情况：(1)CMS刚刚将一个对象标记为垃圾，下一秒，程序就把这个被标记的对象拿来引用了。该问题被称为标记失误。(2)CMS刚刚看这个对象不是垃圾，下一秒，这个对象的引用被程序释放了。产生浮动垃圾。浮动垃圾是比较小的问题，只要CMS再次进行垃圾清理的时候，浮动垃圾也难逃被清理的命运。但是标记失误这个问题绝对不能发生。假设程序正在运行，由于标记失误，一个正在被引用的对象突然在运行过程中被GC回收了。程序会出现严重的问题。所以为了避免标记失误，CMS采用了重新标记。
重新标记：CMS会在并发标记对垃圾进行初次标记之后，让程序STW，之后对所有刚才标记的对象进行二次确认。如果它还是垃圾，则再次标记，该对象正式成为垃圾。如果发现它被引用了，则撤销标记。该过程仅对被清理单位进行标记而不是清理，所以效率也很高。
并发清理：CMS对标记单位的操作完成之后结束STW，采用多线程对刚才所标记的垃圾进行清理。此时程序和CMS并发进行。

注：

CMS在对垃圾初次标记时，为了不影响程序正常运行，被标记的对象仍然可以被正常引用。而被二次标记的对象则无法再次被引用。这是CMS为了保护程序所采用的二次标记方案。

对于CMS还有一个致命的问题：

从GC板块的图片可以看出，CMS除了和官宣的ParNew可以配合使用以外，它还可以和Serial相配合使用。所以在CMS中如果稍不注意设置。CMS很有可能会在老年代中使用SerialOld进行FGC。SerialOld早就被淘汰的GC用在几十GB的内存中做清理工作。芜湖~~起飞~~这效率可太酸爽了。