Java垃圾回收机制与GC优化详解-优快云博客

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一、垃圾回收简介

1.什么是垃圾回收？
程序的运行必然需要申请内存资源，无效的对象资源如果不及时处理就会一直占用内存资源最终导致内存溢出所以对内存资源的管理是非常必要的

2.C语言的垃圾回收
new关键字申请内存资源通过delete关键字释放内存资源

3.java语言的垃圾回收
GC 自动回收机制自动垃圾回收的算法

二、垃圾回收的常见算法

引用计数法、标记清除法、标记压缩法复制算法分代算法
1、引用计数法
原理：假设有一个对象A，任何一个对象对A的引用，那么对象A的引用计数器+1，当引用失败
时，对象A的引用计数器就-1，如果对象A的计数器的值为0，就说明对象A没有引用了，
可以被回收。
优点：无需等到内存不够的时候才开始回收运行时根据对象的计数器是否为0 就可以直接回收
在垃圾回收过程中，应用无需挂起。如果申请内存时，内存不足，则立刻报
outofmember 错误。
区域性更新对象的计数器时，只是影响导该对象不会扫描全部对象

缺点：
每次对象被引用时，都需要去更新计数器有一点时间开销
浪费CPU资源即使内存够用仍然在运行时进行计数器的统计
无法解决循环引用问题

2、标记清除法
当有效内存空间耗尽的时候 JVM将会停止应用程序的运行并开启GC线程
按照搜索算法所有从root对象可达的对象就被标记为存活的对象，此时完成第一阶段的标记
接下来执行第二阶段清除，没有被标记的对象将会回收清除掉而被标记的对象将会留下并且会将标记位重新归0
然后唤醒停止的程序线程让程序继续运行
优点：解决了引用技术算法中的循环引用问题
缺点：效率低标记和清除都需要遍历所有的对象并且在GC时需要停止应用程序

3、复制算法
将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块，在垃圾回收时，将正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后
将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收
如果内存中的垃圾对象较多，需要复制的对象就较少，这种情况下适合使用该方式并且效率较高，反之则不适合

4、JVM中年轻代内存空间

在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区，Survivor
区“To”是空的。
紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍
存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值，可以通过-
XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对
象会被复制到“To”区域。
经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交换他
们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前
的“To”。不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。
GC会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满之后，会将所有对象
移动到年老代中。

5、分代算法
分代算法是根据对象的特点进行选择，在jvm中，年轻代适合使用使用复制算法，老年代适合使用标记清除或标记压缩算法

三、垃圾收集器以及内存分配

前面是垃圾回收的算法，还需要有具体的实现，在jvm中实现了多种垃圾收集器包括：
串行垃圾收集器、并行垃圾收集器、CMS（并发）垃圾收集器、G1垃圾收集器

1、串行垃圾收集器
串行垃圾收集器，是指单线程进行垃圾回收，垃圾回收时，只有一个线程在工作，并且java应用中所有线程都要暂停
等待垃圾回收的完成，这种现象称之为STW（stop the world）
对于交互性较强的应用而言，这种垃圾收集器是不能够接受的
一般在javaweb应用中是不会采用该收集器的
-XX：+UseSerialGC 指定年轻代和老年代都使用串行垃圾收集器
-XX：+PrintGCDetails 打印垃圾回收的详细信息
设置参数，将堆的初始和最大内存都设置为8M
‐XX:+UseSerialGC ‐XX:+PrintGCDetails ‐Xms8m ‐Xmx8m

2、并行垃圾收集器
并行垃圾收集器是在串行垃圾收集器的基础之上做了改进，将单线程改为了多线程进行垃圾回收，这样可以缩短垃圾回收的时间
当然了，并行垃圾收集器在收集的过程中也会暂停应用程序

3、ParNew垃圾收集器
ParNew垃圾收集器是工作在年轻代上的，只是将串行的垃圾收集器改为了串行
通过-XX:+UseParNewGC参数设置年轻代使用ParNew回收器，老年代使用的依然是串行收集器

4、ParallelGC垃圾收集器
ParallelGC收集器工作机制和ParNewGC收集器一样，只是在此基础上，新增了两个和系统吞吐量相关的参数，使得其使用起来更加
的灵活和高效
注：系统吞吐量：系统吞吐量bai是指在单位时间内中央处du理器（CPU）从存储zhi设备读取、处理、存储信息的量

5、CMS垃圾收集器
是一款并发的、使用标记清除算法的垃圾收集器，该回收期是针对老年代垃圾回收的，通过参数-XX:+UseConcMarkSweepGC进行设置。

6、G1垃圾收集器（重点）

1）G1垃圾收集器是在jdk1.7中正式使用的全新的垃圾收集器
G1的设计原则就是简化JVM性能调优，开发人员只需要简单的三步即可完成调优
第一步开启G1垃圾收集器第二步设置堆的最大内存第三步设置最大的停顿时间
G1中提供了三种模式垃圾回收模式 Young GC Mixed GC Full GC 在不同的条件下被触发

2）原理：G1垃圾收集器相对比其他收集器而言最大的区别在于它取消了年轻代老年代的物理划分
取而代之的是将堆划分为若干个区域这些区域包含了逻辑上的年轻代、老年代区域
这样做的好处就是我们再也不用单独的对每个代进行设置了不用担心每个代内存是否足够

在G1划分的区域中，年轻代的垃圾收集依然采用暂停所有应用线程的方式，将存活对象
拷贝到老年代或者Survivor空间，G1收集器通过将对象从一个区域复制到另外一个区
域，完成了清理工作。
这就意味着，在正常的处理过程中，G1完成了堆的压缩（至少是部分堆的压缩），这样
也就不会有cms内存碎片问题的存在了。
在G1中，有一种特殊的区域，叫Humongous区域。
如果一个对象占用的空间超过了分区容量50%以上，G1收集器就认为这是一个巨型
对象。
这些巨型对象，默认直接会被分配在老年代，但是如果它是一个短期存在的巨型对
象，就会对垃圾收集器造成负面影响。
为了解决这个问题，G1划分了一个Humongous区，它用来专门存放巨型对象。如果
一个H区装不下一个巨型对象，那么G1会寻找连续的H分区来存储。为了能找到连续
的H区，有时候不得不启动Full GC。

3）Young GC
Young GC主要是对Eden区进行GC，它在Eden空间耗尽时会被触发。
Eden空间的数据移动到Survivor空间中，如果Survivor空间不够，Eden空间的部分
数据会直接晋升到年老代空间。
Survivor区的数据移动到新的Survivor区中，也有部分数据晋升到老年代空间中。
最终Eden空间的数据为空，GC停止工作，应用线程继续执行。

4）Mixed GC
当越来越多的对象晋升到老年代old region时，为了避免堆内存被耗尽，虚拟机会触发一
个混合的垃圾收集器，即Mixed GC，该算法并不是一个Old GC，除了回收整个Young
Region，还会回收一部分的Old Region，这里需要注意：是一部分老年代，而不是全部
老年代，可以选择哪些old region进行收集，从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。
也要注意的是Mixed GC 并不是 Full GC。
MixedGC什么时候触发？由参数 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n 决定。默
认：45%，该参数的意思是：当老年代大小占整个堆大小百分比达到该阀值时触发。
它的GC步骤分2步：

全局并发标记（global concurrent marking）
拷贝存活对象（evacuation）

5）G1收集器相关参数
-XX:+UseG1GC
使用 G1 垃圾收集器
-XX:MaxGCPauseMillis
设置期望达到的最大GC停顿时间指标（JVM会尽力实现，但不保证达到），默认
值是 200 毫秒。
-XX:G1HeapRegionSize=n
设置的 G1 区域的大小。值是 2 的幂，范围是 1 MB 到 32 MB 之间。目标是根
据最小的 Java 堆大小划分出约 2048 个区域。
默认是堆内存的1/2000。
-XX:ParallelGCThreads=n
设置 STW 工作线程数的值。将 n 的值设置为逻辑处理器的数量。n 的值与逻辑
处理器的数量相同，最多为 8。
-XX:ConcGCThreads=n北京市昌平区建材城西路金燕龙办公楼一层电话：400-618-9090
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设置并行标记的线程数。将 n 设置为并行垃圾回收线程数 (ParallelGCThreads)
的 1/4 左右。
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n
设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值。默认占用率是整个 Java 堆的 45%。

6）编写代码测试：

package cn.mrhan.frames.jvm;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Properties;
import java.util.Random;

public class TestGC {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Object> list = new ArrayList<Object>();
        while (true){
            int sleep = new Random().nextInt(100);
            if(System.currentTimeMillis()%2==0){
                list.clear();;
            }else{
                for(int i= 0;i<10000;i++){
                    Properties properties = new Properties();
                    properties.put("key_"+i,"value_"+System.currentTimeMillis()+i);
                    list.add(properties);
                }
            }
            Thread.sleep(sleep);
        }
    }
}

设置参数
在这里插入图片描述

7）运行观察日志
在这里插入图片描述

8）对于G1垃圾收集器优化建议
年轻代大小：
避免使用-Xmn选项或 -XX:NewRatio等其他相关选项显示设置年轻代大小固定年轻代大小会覆盖暂停时间目标
暂停时间目标不要太过严苛
G1 GC 的吞吐量目标是90% 的应用程序时间和10%的垃圾回收时间

四、可视化GC日志分析工具

前面通过-XX:+PrintGCDetails可以对GC日志进行打印，我们就可以在控制台查看，这样
虽然可以查看GC的信息，但是并不直观，可以借助于第三方的GC日志分析工具进行查
看。
‐XX:+PrintGC 输出GC日志
‐XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志
‐XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
‐XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳（以日期的形式，如 2013‐05‐
04T21:53:59.234+0800）
‐XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
‐Xloggc:…/logs/gc.log 日志文件的输出路径

测试设置参数
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-Xms256m
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
‐XX:+PrintGCDateStamps
‐XX:+PrintHeapAtGC
‐Xloggc:E://Study//test//jvm//gc.log

可以看到日志生成
在这里插入图片描述