Java垃圾回收与算法

我们知道Java在运行时内存分为了五个部分：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区。其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈所占用的内存是不需要垃圾收集的，这三个区域的内存随着线程生，随着线程死，我们需要关注的其实只有堆和方法区这两块内存的垃圾收集。

下面从这几点说一下JVM GC

1. GC要做什么

2. 如何判断对象已经死亡

3. 垃圾回收算法有哪些

4. 垃圾收集器

GC具体做了什么

哪些内存需要回收

什么时候回收

怎么回收

如何判断对象已经死亡：

1.引用计数法：

在Java中，引用和对象是关联的，如果要操作对象，则必须用引用进行，因此，可以通过引用计数来判断对象是否可以回收。如果该对象被引用，计数器加1，不引用减1，如果计数器等于0，我们就认为没有引用指向该对象，可以将该对象回收，

它的不足之处就是不能解决循环引用，如下面的例子，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是它们因为互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为0，于是引用计数算法无法通知GC收集器回收它们。

public class TestCycleReference {

    private Object obj = null;
    private static final int _size = 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) {
        TestCycleReference t1 = new TestCycleReference();
        TestCycleReference t2 = new TestCycleReference();
        t1.obj = t2;
        t2.obj = t1;
        t1 = null;
        t2 = null;
        System.gc();
    }
}

2.可达性分析

通过一系列GC Roots对象作为起始点搜索，如果在GC Roots和一个对象之间没有可达路径，则认为该对象不在存活

那么什么可以GC Roots呢？

• 静态变量的引用的对象

• 类中常量引用的对象

• 虚拟机栈临时变量引用的对象

• 本地方法栈JNI引用的对象

既然找到了哪些对象是不存活的，那么GC就应该采取一些策略，将不存活的对象kill掉，提供了四种算法来kill掉这些不存活的对象

垃圾回收算法：

1.标记-清除算法：

最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标记和清楚，标记阶段记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空，如图：

从图中可以看出，该算法最大的问题是内存碎片太严重，后序可能无法对一个大的对象找到可利用的空间

2.复制算法：

将新生代内存分为一块较大的Eden(伊甸园)与两块大小相等的Survivor(幸存者),默认比例8:1:1

,每次使用Eden与其中一块Survivor区域(一个叫From区，另一个叫To区)

 复制算法的核心流程:

step1.对象默认都在Eden区产生，当Eden空间即将满时，触发第一次Minor GC(新生代GC),

将Eden区所有存活对象复制到From区，然后一次性清理掉Eden区的所有空间。

step2.当Eden区再次即将满的时，触发MinorGC，此时需要将Eden与From区的所有存活对象复制到To区，然后一次清理掉Eden与From的所有空间。之后的新生代GC，重复阶段2(只是From与To

来回作为备用区域).

备注:某些对象来回在From与To区交换若干次(默认15次)以上，将其置入老年代空间

 这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话，Copying算法的效率会大大降低

3.标记整理算法(老年代的垃圾回收算法)

核心思想相较于标记清除-整理阶段先让存活对象向一端移动，而后清理掉存活对象边界之外的所有空间。

4.分代收集算法

一般情况下，我们将堆区划分为新生代和老年代，老年代特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，所以老年代采用标记整理算法；新生代特点是每次垃圾回收都有大量的对象被回收，所以新生代采用复制算法。

注意：当对象在Survivor区躲过一次GC后，其年龄就会+1。默认情况下年龄到达15的对象会被移到老生代中。

GC垃圾收集器

Java堆内存被划分为新生代和年老代两部分，新生代主要使用复制和标记-清除垃圾回收

年老代主要使用标记-整理垃圾回收算法，因此java虚拟中针对新生代和年老代分别提供了多种不

同的垃圾收集器，JDK1.6中SunHotSpot虚拟机的垃圾收集器如下：

 

1. Serial垃圾收集器(单线程、复制算法)：Serial是一个单线程的收集器。它不但只会使用一个CPU或一条线程去完成垃圾收集工作，并且在进行垃圾收集的同时，必须暂停其他的工作线程，但是它简单高效，对于限定单个CPU环境来说，没有线程交互开销，可以获得最高的单线程垃圾收集效率，因此Serial垃圾收集器依然是Java虚拟机运行在Client模式下默认的新生代垃圾收集器

2. ParNew垃圾收集器(Serial+多线程)：其实是Serial收集器的多线程版本，也使用复制算法，除了使用多线程外其余特性和Serial收集器一样，ParNew收集器默认开启和CPU数目相同的线程数，ParNew虽然是除了多线程外和Serial收集器几乎完全一样，但是ParNew垃圾收集器是很多Java虚拟机运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。

3. Parallel Scavenge收集器(多线程复制算法、高效)：ParallelScavenge收集器也是一个新生代垃圾收集器，同样使用复制算法，也是一个多线程的垃圾收集器，它重点关注的是程序达到一个可控制的吞吐量（Thoughput，CPU用于运行用户代码的时间/CPU总消耗时间，即吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时+垃圾收集时间)），高吞吐量可以最高效率地利用CPU时间，尽快地完成程序的运算任务，主要适用于在后台运算而不需要太多交互的任务。自适应调节策略也是ParallelScavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别。

4. Serial Old收集器(单线程标记整理算法)

5. Parallel Old收集器(多线程标记整理算法)

6. CMS收集器(多线程标记清楚算法)：Concurrentmarksweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器，其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间，和其他年老代使用标记-整理算法不同，它使用多线程的标记-清除算法。CMS工作机制相比其他的垃圾收集器来说更复杂，整个过程分为以下4个阶段：初始标记：只是标记一下GCRoots能直接关联的对象，速度很快，仍然需要暂停所有的工作线程。
   并发标记：进行GCRoots跟踪的过程，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。
   重新标记：为了修正在并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记录，仍然需要暂停所有的工作线程。
   并发清除：清除GCRoots不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中，垃圾收集线程可以和用户现在一起并发工作，所以总体上来看CMS收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。

7. G1收集器：G1收集器避免全区域垃圾收集，它把堆内存划分为大小固定的几个独立区域，并且跟踪这些区域的垃圾收集进度，同时在后台维护一个优先级列表，每次根据所允许的收集时间，优先回收垃圾最多的区域。区域划分和优先级区域回收机制，确保G1收集器可以在有限时间获得最高的垃圾收集效率。

CMS和G1区别：

区别一： 使用范围不一样
   　CMS收集器是老年代的收集器，可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用

      由于G1收集器对堆区进行划分，所以G1收集器收集范围是老年代和新生代。不需要结合其他收集器使用

区别二： STW的时间
　　CMS收集器以最小的停顿时间为目标的收集器。

　　G1收集器可预测垃圾回收的停顿时间（建立可预测的停顿时间模型）

区别三： 垃圾碎片
　　CMS收集器是使用“标记-清除”算法进行的垃圾回收，容易产生内存碎片

　　G1收集器使用的是“标记-整理”算法，进行了空间整合，降低了内存空间碎片。

区别四： 垃圾回收的过程不一样
　　CMS收集器    ：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除

　　G1收集器：初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收