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JAVA学习文档

垃圾回收机制

垃圾回收机制是干什么的？

在程序执行过程过程中，会出现有些对象空间被申请但是没有办法直接或者间接被GC Roots对象引用的情况，
我们称这类空间叫做垃圾空间，需要被清理掉，垃圾回收机制会通过如标记–清除算法（Mark-Sweep）、
标记–整理算法、复制算法等各类算法实现垃圾空间的清理。但是程序员没法直接清理某项数据，只能通过算法自动化清理。

可以作为GC Roots对象引用的情况
1、虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象；
2、方法区中类静态属于引用的对象；
3、方法区中常量引用的对象；
4、本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

垃圾回收机制是怎么实现的？

内存分类：

垃圾回收机制将Java中存放数据的堆分为了两个部分：

新生代（new）：约占堆空间的1/3，存放一些容易被清理的数据
老年代（old）：空间占比大约为1/2，存放一些不太容易被清理的数据

新生代和老年代划分依据

数据会首先分配到Eden区当中（当然也有特殊情况，如果是大对象那么会直接放入到
老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的java对象）。当Eden没有足够空间的时候
就会触发jvm发起一次Minor GC，。如果对象经过一次Minor-GC还存活，并且又能被
Survivor空间接受，那么将被移动到Survivor空间当中。并将其年龄设为1，
对象在Survivor每熬过一次Minor GC，年龄就加1，当年龄达到一定的程度（默认为15）时，
就会被晋升到老年代中了，当然晋升老年代的年龄是可以设置的。

垃圾清理器Minor GC、Major GC、Full GC区别及触发条件：

Minor GC是新生代GC，指的是发生在新生代的垃圾收集动作。由于java对象大都是朝生夕死的，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
触发条件：
1.eden区满时，触发MinorGC。即申请一个对象时，发现eden区不够用，则触发一次MinorGC。
2.新创建的对象大小 > Eden所剩空间

Major GC是老年代GC，指的是发生在老年代的GC，通常执行Major GC会连着Minor GC一起执行。Major GC的速度要比Minor GC慢的多。
触发条件：
1.每次晋升到老年代的对象平均大小>老年代剩余空间
2.MinorGC后存活的对象超过了老年代剩余空间
3.永久代（存放的是虚拟机中的方法区）空间不足
4.执行System.gc()
5.CMS GC异常
6.堆内存分配很大的对象
（注：元空间是metaspace，在jdk1.8的时候，jvm移除了永久代的概念，元空间也是对java虚拟机
的方法区的一种实现。元空间与永久代最大的区别在于，元空间不在虚拟机中，使用本地内存。）

Full GC是清理整个堆空间，包括年轻代和老年代
触发条件：基本同Major GC

新生代：

总体约占堆空间的1/3，其中存放的数据容易被清理掉，内部分为三个部分EdDen、From Survivor、To Survivor，占比为8：1：1，
垃圾清理器：Minor GC、Full GC
垃圾收集器：erial、ParNew、Parallel Scavenge、G1
一般适用垃圾回收算法：复制算法

老年代

总体约占堆空间的2/3，其中存放的数据不太容易被清理掉
垃圾清理器：Major GC、Full GC
垃圾收集器：CMS、Serial Old、Parallel Old、G1
一般适用垃圾回收算法：复制算法

垃圾收集器搭配
Serial / Serial Old
Serial / CMS
ParNew / Serial Old
ParNew / CMS
Parallel Scavenge / Serial Old
Parallel Scavenge / Parallel Old
G1

判断对象是否为垃圾（存活）

计数器法：

每个对象在创建的时候，就给这个对象绑定一个计数器。每当有一个引用指向该对象时，计数器加一；每当有一个指向它的引用被删除时，
计数器减一。这样，当没有引用指向该对象时，计数器为0就代表该对象死亡
优点：实现简单，判定效率也很高
缺点：无法判断互相引用的情况（即无法判断不包含GC Roots的环），如下

    Test a = new Test();
	Test b = new Test();
	/**
	 * 循环引用，此时引用计数器法失效
	 */
	a.object = b;
	b.object = a;
	a = null;
	b = null;

可达性分析法:

从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径为引用链。
当一个对象到GC Roots没用任何引用链时，则证明此对象是不可用的，表示可以回收。
- 优点：解决相互循环引用问题。
- 缺点：与计数器法相比无明显缺点

垃圾清理算法:

标记–清除算法（Mark-Sweep）

为每个对象存储一个标记位，记录对象的状态（活着或是死亡）。
分为两个阶段，一个是标记阶段，这个阶段内，为每个对象更新标记位，检查对象是否死亡；
第二个阶段是清除阶段，该阶段对死亡的对象进行清除，执行 GC 操作。
标记清除算法的优点：

1.是可以解决循环引用的问题

2.必要时才回收(内存不足时)
标记清除算法的缺点：

1.回收时，应用需要挂起，也就是stop the world。

2.标记和清除的效率不高，尤其是要扫描的对象比较多的时候

3.会造成内存碎片(会导致明明有内存空间,但是由于不连续,申请稍微大一些的对象无法做到),
标记清除算法的应用场景：该算法一般应用于老年代,因为老年代的对象生命周期比较长

标记–整理算法

标记清除算法和标记压缩算法非常相同，但是标记压缩算法在标记清除算法之上
解决内存碎片化（有些人叫"标记整理算法"为"标记压缩算法"）标记-整理法是标记-清除法
的一个改进版。同样，在标记阶段，该算法也将所有对象标记为存活和死亡两种状态；
不同的是，在第二个阶段，该算法并没有直接对死亡的对象进行清理，
而是将所有存活的对象整理一下，放到另一处空间，然后把剩下的所有对象全部清除。
这样就达到了标记-整理的目的。
标记–整理算法优点：解决标记清除算法出现的内存碎片问题，
标记–整理算法缺点：压缩阶段，由于移动了可用对象，需要去更新引用。
标记–整理算法应用场景：该算法一般应用于老年代,因为老年代的对象生命周期比较长。

复制算法

该算法将内存平均分成两部分，然后每次只使用其中的一部分，
当这部分内存满的时候，将内存中所有存活的对象复制到另一个内存中，
然后将之前的内存清空，只使用这部分内存，循环下去。
这个算法与标记-整理算法的区别在于，该算法不是在同一个区域复制，
而是将所有存活的对象复制到另一个区域内。
复制算法的优点：在存活对象不多的情况下，性能高，能解决内存碎片和java垃圾回收算
法之-标记清除中导致的引用更新问题。
复制算法的缺点：会造成一部分的内存浪费。不过可以根据实际情况，将内存块大小比例适当调整；如果存活对象的数量比较大，复制算法的性能会变得很差。
复制算法的应用场景：

1.复制算法一般是使用在新生代中，因为新生代中的对象一般都是朝生夕死的，存活对象的数量并不多，
这样使用复制算法进行拷贝时效率比较高。

2.jvm将Heap（堆）内存划分为新生代与老年代。又将新生代划分为Eden与2块Survivor Space(幸存者区) ，
然后在Eden –>Survivor Space 与To Survivor之间实行复制算法。

3.不过jvm在应用复制算法时，并不是把内存按照1:1来划分的，这样太浪费内存空间了。一般的jvm都是8:1。
也即是说,Eden区:From区:To区域的比例是始终有90%的空间是可以用来创建对象的,
而剩下的10%用来存放回收后存活的对象。

计数器法（仅了解）

每个对象在创建的时候，就给这个对象绑定一个计数器。每当有一个引用指向该对象时，计数器加一；每当有一个指向它的引用被删除时，
计数器减一。这样，当没有引用指向该对象时，计数器为0就代表该对象死亡。
优缺点同上。

垃圾收集器

垃圾回收器	工作区域	回收算法	工作线程	用户线程并行	描述
Serial	新生带	复制算法	单线程	否	Client模式下默认新生代收集器。简单高效
ParNew	新生带	复制算法	多线程	否	Serial的多线程版本，Server模式下首选，可搭配CMS的新生代收集器
Parallel Scavenge	新生带	复制算法	多线程	否	目标是达到可控制的吞吐量
Serial Old	老年带	标记-整理	单线程	否	Serial老年代版本，给Client模式下的虚拟机使用
Parallel Old	老年带	标记-整理	多线程	否	Parallel Scavenge老年代版本，吞吐量优先
CMS	老年带	标记-清楚	多线程	是	追求最短回收停顿时间
G1	新生带 + 老年带	标记-整理 + 复制算法	多线程	是	JDK1.9以上默认垃圾收集器

G1

G1 收集器：分代收集器。当今收集器技术发展最前沿成果之一，是一款面向服务端应用的垃圾收集器。G1可以说是CMS的终极改进版，解决了CMS内存碎片、更多的内存空间登问题。虽然流程与CMS比较相似，但底层的原理已是完全不同。
特点：

1.能充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势；

2.可以并行来缩短(Stop The World)停顿时间；

3.也可以并发让垃圾收集与用户程序同时进行；

4.分代收集，收集范围包括新生代和老年代

5.能独立管理整个GC堆（新生代和老年代），而不需要与其他收集器搭配；

6.能够采用不同方式处理不同时期的对象；

7.应用场景可以面向服务端应用，针对具有大内存、多处理器的机器；

8.采用标记-整理 + 复制算法来回收垃圾

//使用方法：
设置垃圾收集器："-XX:+UseG1GC"：指定使用G1收集器；
设置垃圾收集器参数："-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent"：当整个Java堆的占用率达到参数值时，开始并发标记阶段；默认为45；
设置垃圾收集器参数："-XX:MaxGCPauseMillis"：为G1设置暂停时间目标，默认值为200毫秒；
设置垃圾收集器参数："-XX:G1HeapRegionSize"：设置每个Region大小，范围1MB到32MB；目标是在最小Java堆时可以拥有约2048个Region