垃圾回收算法-优快云博客

垃圾回收机制是Java语言一个非常重要的特性。通过该机制程序员不用手动去管理内存，大大提高了开发效率，也可以有效避免人为的疏忽造成内存泄露。通过对Java内存模型的了解，我们知道Java的对象实例基本都存储在Java堆中，由于很多对象只有在运行期才能确定是否需要创建，使得该区域的内存需要进行动态分配和回收，以提高内存的使用效率，所以垃圾收集器主要关注的就是该区域的内存。而程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都是线程独占的，它们会跟随线程的创建而创建，线程的销毁而销毁，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，不需要过多的考虑内存回收问题。

垃圾回收算法

标记算法

1.引用计数算法

该算法的实现是给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器数值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；当计数器数值为0时表示该对象不可再被使用，则可以对其进行回收。
优点：实现简单，判定效率高。
缺点：很难解决对象循环引用问题。

2.可达性分析算法（根搜索算法）

该算法是从离散数学中的图论引入的，程序将所有引用关系看成是一张图，通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（用图论的话来讲，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则说明该对象是不可用的。

Java中可以作为GC Roots的对象

虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
方法区中类静态属性引用的对象。
方法区中常量引用的对象。
本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象。

回收算法

1.标记-清除算法

标记-清除算法分为标记和清除两个阶段，首先从根集合进行扫描，对存货的对象进行标记，然后对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象的内存。
缺点：

效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高。
空间问题，内存碎片化严重。

2.复制算法

复制算法的原理是将可用内存按容量划分为大小相等的两块（对象面和空闲面），每次只使用其中的一块，当这一块的内存用完了，就将还存活的对象复制到另一块上，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
优点：

解决了内存碎片化问题。
按顺序分配内存，简单高效。
适用于对象存活率低的场景（如：新生代）。
缺点：

将内存缩小为原来的一半。
在对象存活率较高的场景下需要进行较多的复制操作，效率会变低。

3.标记-整理算法

标记-整理算法的标记过程与标记-清除算法一致，先从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记，但是后续步骤不是直接对可回收的对象进行清理，而是移动所有存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。
优点： 解决了内存碎片化问题，不用设置两块内存互换。
缺点： 比标记-清除算法增加了对象移动的过程，所以实现成本更高。适用于对象存活率高的场景（如：老年代）。

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4.分代收集算法

分代收集算法是根据对象的存活周期的不同，将内存划分为不同的区域，然后针对不同的区域采用不同的垃圾回收算法。一般是将Java堆分为新生代和老年代，新生代的对象存活率低，每次垃圾回收都会有大量对象需要被回收，所以该区域采用复制算法。而老年代的对象存活率高，该区域采用标记-清除算法或标记-整理算法。这样做的好处是可以提高JVM的回收效率，避免了只采用某一种算法的缺陷。当前商业虚拟机都是采用该种算法进行垃圾回收。

Eden空间和Survivor空间的默认大小比例是8:1，可通过 -XX:SurvivorRatio 命令调整这个比例。
新生代和老年代默认内存大小的比例是1:2，可用过 -XX:NewRatio 命令调整这个比例。

对象如何晋升到老年代：

经历一定Minor(YGC)次数依然存活的对象，该次数可通过 -XX:MaxTenuringThreshold 命令调整，默认：15。
Survivor空间中存放不下的对象，会存储在老年代。
新生成的大对象会存储在老年代中，可通过 -XX:+PretenuerSizeThreshold 命令调整。

GC的分类：
Minor GC：从新生代回收内存。
Full GC：回收整个Java堆空间的内存，包括新生代和老年代。Full GC比Minor GC慢很多，大概有10倍的差距，但是Full GC执行的频率比较低。

Major GC：一般来说和Full GC是等价的，由于名词解读的混乱，当说Major GC时一定要问清楚是指Full GC还是仅指从老年代回收内存。

触发Full GC的条件：
老年代空间不足
永久代空间不足（JDK1.7之前）
CMS GC时出现promotion failed，concurrent mode failure时
Minor GC晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间

几个概念

Stop The World

JVM由于要执行GC而停止应用程序的执行。
任何一种GC算法中都会发生。
多数GC优化都是通过减少stop-the-world发生的时间来提高程序性能。

安全点（Safepoint）

程序执行时并非在所有地方都能停下来开始GC，而是在到达安全点时才会暂停。
在可达性分析过程中对象引用关系不会发生变化的点。
产生安全点的地方：方法调用、循环跳转、异常跳转等。
安全点数量得适中，太少会使GC等待时间太长，太多会增加运行时的负荷。

垃圾收集器

Serial收集器

单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程。
简单高效，Client模式下默认的新生代收集器。
采用复制算法。
使用 -XX:+UseSerialGC 命令可以切换使用该收集器。

ParNew收集器

多线程收集，其余的行为、特点和Seria收集器一样。
单核执行效率不如Serial，在多核下执行才有优势。
采用复制算法。
使用 -XX:+UseParNewGC 命令可以切换使用该收集器。

Parallel Scavenge收集器

比起关注用户线程停顿时间，该收集器更关注系统的吞吐量。
在多核下执行才有优势，Server模式下默认的新生代收集器。
采用复制算法。
使用-XX:+UseParallelGC 命令可以切换使用该收集器。
使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 命令开启自适应调节策略，该命令会动态调整Java堆中各区域的大小及进入老年代的年龄。
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)

Serial Old收集器

单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程。
简单高效，Client模式下默认的老年代收集器。
使用标记-整理算法。
使用 -XX:+UseSerialOldGC 命令可切换该收集器。

Parallel Old收集器

多线程，吞吐量优先。
使用标记-整理算法。
使用 -XX:+UseParallelOldGC 命令可切换该收集器。

CMS收集器

垃圾回收的六个步骤：
初始标记：stop-the-world
并发标记：并发追溯标记，程序不会停顿。
并发预清理：查找执行并发标记阶段从新生代晋升到老年代的对象。
重新标记：暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象。
并发清理：清理垃圾对象，程序不会停顿。
并发重置：重置CMS收集器的数据结构。
使用标记-清除算法。
使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC 命令可切换该收集器。