JVM GC（垃圾回收）机制_gc marksweep scavenge-优快云博客

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本文详细介绍了JVM的垃圾回收机制，包括垃圾的定义、GC算法（Mark-Sweep、Copying、Mark-Compact）和GC模型。重点讲解了分代模型，如Eden、Survivor和Tenured区的运作，并探讨了不同GC类型的实现，如Serial、Parallel Scavenge、CMS和G1，以及相关参数的设置。

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JVM GC（垃圾回收）机制

一、垃圾？

本章概要：怎么确定一个对象是垃圾？

1.1 引用计数

实现：记录一个对象带的有引用，引用数为 0 的便是垃圾。

缺陷：无法解决循环引用的问题，如下图所示

1.2 Root Searching

❀ 哪些东西属于 Root？

JVM stack
static references in method area
runtime constant pool
native method stack
Clazz

即上图中黑线上面的四个部分

实现：从对象自身开始，向上搜索，不能到达 Root 的便是垃圾。

Java 使用该方案确定一个对象是否为垃圾

二、GC 的算法

本章概要：

Mark-Sweep（标记清除）
Copying（拷贝）
Mark-Compact（标记压缩）

2.1 Mark-Sweep

实现：较为简单，把被标记为垃圾的内存回收即可

缺陷：容易形成内存碎片

2.2 Copying

实现：把内存分为两半，每次只用其中一半，回收之前，把有效的对象 copy 到另一侧，将刚才使用的一侧全部回收即可

缺陷：浪费空间

2.3 Mark-Compact

实现：在处理垃圾时，顺便对内存空间进行整理，将有效的对象往前堆放

缺陷：效率较低

三、GC 模型

本章概要：GC 算法在各种 GC 模型中的运用

GC 模型：

分代
分区

3.1 堆内存逻辑分区

实现：

新生对象进入 eden 区
垃圾回收时，有效对象进入其中一个 survivor 区，eden 区的内存空间全部被回收
整个 survivor 区采用 Copying 算法
每次垃圾回收时，survivor 区中仍没有被回收的对象计数器加一
当一个对象的计数的值到达一定次数时，该对象进入 tenured 区，即老年代
tenured 区中，采用 Mark Compact 或 Mark Sweep 算法

3.1.1 对象的生存周期

3.1.2 解释：“栈？”

前置知识补充：首先，每个线程私有一个虚拟机栈（JVM stack）。线程中，每个方法在执行时，都会创建一个名为栈帧（stack frame）的数据结构，主要用于存放局部变量表、操作站、动态链接、方法出口等信息。方法的调用，则意味着栈帧在虚拟机栈中的压栈和弹栈过程。其中，弹栈意味着对其操作栈帧所属变量的清除。这时，某些对象的引用则会被断开，因而，这些对象将会被回收。除非，我们将某个对象的引用直接或间接地返回（传递）给其调用方等属于 Root 区的变量。

概念：

逃逸：方法中创建的对象在有他人引用的情况下被回收
标量替换：可以被基础数据类型替换的对象（如：一个带有两个 int 类型变量的对象，可以被两个 int 类型的变量所替换）

应用：当某个对象在方法执行过程中准备创建时，会对其进行逃逸分析，若分析通过，则判断其是否可被进行标量替换，若可以，则对象直接生成在栈中。

优点：被创建的对象可随弹栈过程直接销毁，无需进入堆空间，减轻了垃圾回收的负担。

3.2 分代模型的具体实现

Serial/Serial Old
Parallel Scavenge/Parallel Old

3.2.1 Serial/Serial Old

Serial：工作于新生代，采用 Copying 算法

Serial Old：工作于老年代，采用 Mark-Compact 算法

实现：Stop the world(STW), then use a single thread to collect garbage.

缺陷：当内存空间变大，STW时间会变长，有较强的停顿感

3.2.2 Parallel Scavenge/Parallel Old（JDK 1.8 默认）

Parallel Scavenge：工作于新生代，采用 Copying 算法

Parallel Old：工作于老年代，采用 Mark-Compact 算法

实现：与 3.2.1 节相比，改为多个线程，垃圾回收时同样需要 STW

3.2.3 ParNew/CMS

ParNew：本质上与 Parallel Scavenge 一样，不过为了适应 CMS，对 Parallel Scavenge 做了一些增强。

CMS：全称为 Concurrent Mark Sweep，工作于老年代

从线程角度看：工作分为四个阶段：初始标记、并发标记、重新标记、并发清理

实现：

初始标记：找到 Root 直接引用的对象
并发标记：边执行程序，边标记垃圾
重新标记：在并发标记中，会产生错标，因而利用重新标记来修正错标
并发清理：清理重新标记后确定为垃圾的对象

优点：大大降低了 STW 的耗时

缺陷：remark 阶段的三色机制，会导致漏标，因而不得不再次标记一遍。因此，存在导致严重的停顿隐患，所以没有任何一个版本的 JDK 默认使用该机制。

3.2.4 G1

自JDK 9 开始，G1 垃圾回收器作为了 JVM 的默认垃圾回收器。

详情可以参考 Oracle 的官方文档：Garbage-First Garbage Collector

3.3 概念及相关参数

-Xms：设置 JVM 初始分配的内存大小，默认是物理内存的 1/64

-Xmx：设置 JVM 最大分配的内存大小，默认是物理内存的 1/4

-Xmn：设置年轻代大小，例如 -Xmn2G 代表年轻代大小为 2G

3.4 GC 类型设置及相关参数

GC 类型设置

格式：-XX:+[参数]

参数	描述
UseSerialGC	Serial + Serial Old
UseParallelGC	Parallel Scavenge + Serial Old(PS Mark Sweep)
UseParallelOldGC	Parallel Scavenge + Parallel Old（JDK1.8 默认）
UseParNewGC	ParNew + Serial Old（在 JDK1.8 被废弃，JDK1.7 还可以使用）
UseConcMarkSweepGC	ParNew + CMS + Serial Old
UseG1GC	G1

相关参数设置

格式：-XX:+[参数][=值]

参数	描述
ParallelGCThreads	指定ParNew收集器的线程数目。
MaxGCPauseMillis	Parallel Scavenge中最大垃圾收集停顿时间（毫秒数）
GCTimeRatio	Parallel Scavenge中设置吞吐量大小的参数。例如设置为99，允许的最大垃圾收集时间就是：1/(1+99)
UseAdaptiveSizePolicy	Parallel Scavenge中的参数，这是一个开关参数，会动态的调节新生代老年代中的参数，以提供合适的停顿时间或者最大的吞吐量。只需要设置基本的数据内存，如-Xms等
CMSInitiatingOccupancyFraction	设置CMS收集器在老年代空间被使用多少后触发垃圾收集。默认值为 68%
UseCMSCompactAtFullCollection	CMS收集器默认开启，在CMS收集器顶不住要进行FullGC时开启内存碎片的合并整理过程，内存整理的过程是无法并发的。空间碎片问题没有了，但停顿时间不得不变长。设置CMS收集器在完成垃圾收集后再启动一次内存碎片整理
CMSFullGCsBeforeCompaction	用于设置CMS收集器执行多少次不压缩的FullGC后，跟着来一次带压缩的（默认值为0，表示每次进入Full GC时都进行碎片整理）
SurvivorRatio	新生代中 Eden 区与 Survivor 区域的比值
PretenureSizeThreshold	大于这个参数的对象将直接进入老年代分配
MaxTenuringThreshold	晋升到老年代的年龄
HandlePromotionFailure	是否允许分配担保失败，即老年代的剩余空间不足以应付新生代的整个 Eden 和 Survivor 的所有对象都存活的极端情况