Java垃圾回收机制

Java垃圾回收机制

对象被判定为垃圾：没有被其他对象引用

一、判定对象是否为垃圾的算法

1. 引用计数算法

判断对象的引用数量

1. 通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收
2. 每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1
3. 任何引用计数为0的对象实例可以被当做垃圾收集

优点：执行效率高，程序执行受影响较小
缺点：无法检测出循环引用的情况，导致内存泄漏

2. 可达性分析算法

通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收

可以作为GC Root的对象

1. 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）
2. 方法区中常量引用对象
3. 方法区中的类静态属性引用的对象
4. 本地方法栈中JNI（Native方法）的引用对象
5. 活跃线程的引用对象

二、垃圾回收算法

1. 标记-清除算法（Mark and Sweep）

• 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
• 清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象内存

缺点：碎片化

2. 复制算法（Copying）

• 分为对象面和空闲面
• 对象在对象面上创建
• 存活的对象被从对象面复制到空闲面
• 将对象面所有对象内存清除

优点：

• 解决碎片化问题
• 顺序分配内存，简单高效
• 适用于对象存活率低的场景

3. 标记-整理算法（Compacting）

• 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
• 整理：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：

• 避免内存的不连续
• 不用设置二块内存互换
• 适用于存活率高的场景

4. 分代收集算法（Generational Collector）

• 垃圾回收算法的组合拳
• 按照对象生命周期的不同划分区域以采用不同的垃圾回收算法

目的：提高JVM的回收效率

三、GC分类

1. Minor GC (复制算法)

年轻代：尽可能快速地收集掉那些生命周期短的对象

• Eden区
• 两个Survivor区（From、To）

对象如何晋升到老年代

• 经历一点Minor次数依然存活的对象（默认：15）
• Survivor区中存放不下的对象
• 新生成的大对象（-XX:+PretenuerSizeThreshole）

常用的调优参数

• -XX:SurvivorRatio:Eden和Survivor的比值，默认8:1
• -XX:NewRatio:老年代和年轻代内存大小的比例
• -XX:MaxTenuringThreshold:对象从年轻代晋升到老年代经过GC次数的最大阈值

2. Full GC

老年代：存放内存周期较长的对象

• 标记-清理算法
• 标记-整理算法
  Full GC 和 Major GC
  Full GC比Minor GC慢，但执行频率低

触发Full GC的条件

• 老年代空间不足
• 永久代空间不足（元空间替代了永久代，降低FullGC的频率，减少Full GC的负担，提高其效率）
• CMS GC时出现promotion failed(Minor GC回收时，Survivor放不下 -> 老年代也放不下),concurrent mode failure(执行CMS GC过程中，对象放入老年代，老年代空间不足)
• Minor GC晋升到老年代的平均大小大于老年代剩余的空间
• 调用System.gc();
• 使用RMI来进行RPC或管理JDK应用，每小时执行一次Full GC

Stop-the-World

• JVM由于要执行GC而停止了应用程序的执行
• 任何一种GC算法都会发生
• 多数GC优化通过减少Stop-the-World发生的时间来提高程序性能

Safepoint

• 分析过程中对象引用关系不会发生变化的点
• 产生Satepoint的地方：方法调用；循环跳转；异常跳转等
• 安全点数量得适中

常见的垃圾收集器

JVM的运行模式

• Server
• Client

1. 年轻代常见的垃圾收集器

01. Serial收集器（-XX:+UseSerialGC,复制算法）

• 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模式下默认的年轻代收集器

02. ParNew收集器（-XX:+UseParNewGC,复制算法）

• 多线程收集，其余的行为、特点和Serial收集器一样
• 单核执行效率不如Serial，在多核下执行才有优势

03. Parallel Scavenge收集器（-XX:+UseParallelGC,复制算法）

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)

• 比起关注用户线程停顿时间，更关注系统的吞吐量
• 在多核下执行才有优势，Server模式下默认的年轻代收集器

2. 老年代常见的垃圾收集器

01. Serial Old收集器（-XX:+UseSerialOldGC, 标记-整理算法）

• 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

02. Parallel Old收集器（-XX:+UseParallelOldGC, 标记-整理算法）

• 多线程，吞吐量优先

03. CMS收集器（-XX:+UseConcMarkSweepGC, 标记-清除算法）

1. 初始标记：stop-the-World
2. 并发标记：并发追溯标记，程序不会卡顿
3. 并发预清理：查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象
4. 重新标记：暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象
5. 并发清理：清理虚拟机，程序不会停顿
6. 并发重置：重置CMS收集器的数据结构

04. G1收集器（-XX:+UseG1GC,复制+标记-整理算法）

Garbage First收集器的特点

• 并发和并行
• 分代收集
• 空间整合
• 可预测的停顿

Garbage First收集器

• 将整个Java堆内存划分成多个大小相等的Region
• 年轻代和老年代不在物理隔离