JVM之垃圾回收

BWrong 發(fā)布于2019-08-16 13:56 / 2624人閱讀

摘要：語(yǔ)言使用了內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和垃圾回收技術(shù)，掌握這些不僅可以提高自己的逼格，而且為后續(xù)的調(diào)優(yōu)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，讓自己離架構(gòu)師更近一步。任何引用計(jì)數(shù)器為的對(duì)象實(shí)例可以被當(dāng)作垃圾收集。引用計(jì)數(shù)是垃圾收集器中的早期策略。

JVM之垃圾回收

市面上有關(guān)JVM垃圾回收的文章很多，有些是針對(duì)垃圾收集器，有些是介紹垃圾回收算法，也有些各方面都有涉及。本文希望能做一個(gè)比較全面的總結(jié)，最關(guān)鍵的是形成自己的語(yǔ)言，有自己的理解和沉淀。

一、為什么需要垃圾回收

大家都知道，java語(yǔ)言的內(nèi)存是動(dòng)態(tài)分配的，不像C++語(yǔ)言還需要開發(fā)者專門干預(yù)，在一定程度上可以提高開發(fā)效率。那么大家可能疑問：既然不需要我們開發(fā)者關(guān)心，我們?yōu)槭裁催€要討論？作為一個(gè)程序語(yǔ)言的駕馭者，必然需要掌握該語(yǔ)言的方方面面，包括底層的原理和機(jī)制。
Java語(yǔ)言使用了內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和垃圾回收技術(shù)，掌握這些不僅可以提高自己的逼格，而且為后續(xù)的JVM調(diào)優(yōu)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，讓自己離架構(gòu)師更近一步。

二、哪些內(nèi)存需要回收

JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)包括五大區(qū)域：程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧、堆區(qū)、方法區(qū)。其中程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧3個(gè)區(qū)域隨線程而生、隨線程而滅，因此這幾個(gè)區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具備確定性，就不需要過(guò)多考慮回收的問題，因?yàn)榉椒ńY(jié)束或者線程結(jié)束時(shí)，內(nèi)存自然就跟隨著回收了。而Java堆區(qū)和方法區(qū)則不一樣，這部分內(nèi)存的分配和回收是動(dòng)態(tài)的，正是垃圾收集器所需關(guān)注的部分。
垃圾收集器在對(duì)堆區(qū)和方法區(qū)進(jìn)行回收前，首先要確定這些區(qū)域的對(duì)象哪些可以被回收，哪些暫時(shí)還不能回收，這就要用到判斷對(duì)象是否存活的算法。

1、引用計(jì)數(shù)法

在這種方法中，堆中每個(gè)對(duì)象實(shí)例都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)。任何引用計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象實(shí)例可以被當(dāng)作垃圾收集。
引用計(jì)數(shù)是垃圾收集器中的早期策略。該方法看似很實(shí)用，但是解決不了循環(huán)引用的問題（比如循環(huán)鏈表）。

2、可達(dá)性分析算法

從一個(gè)節(jié)點(diǎn)GC ROOT開始，尋找對(duì)應(yīng)的引用節(jié)點(diǎn)，然后尋該引用節(jié)點(diǎn)的引用節(jié)點(diǎn)，當(dāng)所有的引用節(jié)點(diǎn)尋找完畢之后，剩余沒有被引用的節(jié)點(diǎn)將會(huì)被判定為是可回收的對(duì)象。

3、引用分類

在Java語(yǔ)言中，將引用又分為強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用四種，這四種引用強(qiáng)度依次逐漸減弱。垃圾回收算法都是基于強(qiáng)引用而言的。

三、垃圾回收算法

1、標(biāo)記-清除算法

標(biāo)記-清除算法從根集合（GC Roots）開始掃描，對(duì)需要繼續(xù)存活的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記完畢后，再掃描整個(gè)空間中未被標(biāo)記的對(duì)象，進(jìn)行回收，如下圖所示。

標(biāo)記-清除算法只需對(duì)不需要存活的對(duì)象進(jìn)行處理，在存活對(duì)象比較多的情況下極為高效，但是會(huì)造成內(nèi)存碎片。

2、復(fù)制算法

復(fù)制算法的提出就是為了解決內(nèi)存碎片的問題，如下圖所示。復(fù)制算法雖然解決了內(nèi)存碎片的問題，但是浪費(fèi)一半內(nèi)存。另外在對(duì)象存活率很高的時(shí)候，復(fù)制成本會(huì)非常高。

3、標(biāo)記-整理算法

標(biāo)記-整理算法是在標(biāo)記-清除算法的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了對(duì)象的移動(dòng)，因此成本更高，但是卻解決了內(nèi)存碎片的問題。具體流程見下圖：

4、分代收集算法

一般情況下將堆區(qū)劃分為老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特點(diǎn)是每次垃圾收集時(shí)只有少量對(duì)象需要被回收，而新生代的特點(diǎn)是每次垃圾回收時(shí)都有大量的對(duì)象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。
新生代采用復(fù)制算法；老年代采用標(biāo)記-整理算法。

其中年輕代內(nèi)存分配過(guò)程如下：
1) 絕大多數(shù)剛創(chuàng)建的對(duì)象會(huì)被分配在Eden區(qū)，其中的大多數(shù)對(duì)象很快就會(huì)消亡；
2) 最初一次，當(dāng)Eden區(qū)滿的時(shí)候，執(zhí)行Minor GC，將消亡的對(duì)象清理掉，并將剩余的對(duì)象復(fù)制到一個(gè)存活區(qū)Survivor0；
3) 下次Eden區(qū)滿了，再執(zhí)行一次Minor GC，將消亡的對(duì)象清理掉，將存活的對(duì)象復(fù)制到Survivor1中，然后清空Eden區(qū)；
4) 將Survivor0中消亡的對(duì)象清理掉，將其中可以晉級(jí)的對(duì)象晉級(jí)到Old區(qū)，將存活的對(duì)象也復(fù)制到Survivor1區(qū)，然后清空Survivor0區(qū)；
5) 然后跳到第三步，當(dāng)兩個(gè)存活區(qū)切換了幾次（HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)15次，用-XX:MaxTenuringThreshold控制）之后，仍然存活的對(duì)象，將被復(fù)制到老年代。

四、垃圾收集器

1、新生代收集器

1） Serial收集器
單線程收集器
2） ParaNew收集器
Serial收集器的多線程版，關(guān)注縮短垃圾收集時(shí)間。（使用-XX:+UseParNewGC開關(guān)來(lái)控制使用ParNew+Serial Old收集器組合收集內(nèi)存；使用-XX:ParallelGCThreads來(lái)設(shè)置執(zhí)行內(nèi)存回收的線程數(shù)。）
3） Parallel Scavenge收集器
關(guān)注CPU吞吐量，即運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間/總時(shí)間。（使用-XX:+UseParallelGC開關(guān)控制使用Parallel Scavenge+Serial Old收集器組合回收垃圾（這也是在Server模式下的默認(rèn)值）；使用-XX:GCTimeRatio來(lái)設(shè)置用戶執(zhí)行時(shí)間占總時(shí)間的比例，默認(rèn)99，即1%的時(shí)間用來(lái)進(jìn)行垃圾回收；使用-XX:MaxGCPauseMillis設(shè)置GC的最大停頓時(shí)間；使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制Eden/Survivor比例，老年代對(duì)象年齡，新生代大小等。）

2、老年代收集器

1） Serial Old收集器
單線程收集器
2） Parallel Old收集器
Parallel Scavenge收集器的老年代版本（使用-XX:+UseParallelOldGC開關(guān)控制使用Parallel Scavenge +Parallel Old組合收集器進(jìn)行收集。）
3） CMS收集器
多線程，優(yōu)點(diǎn)是并發(fā)收集（用戶線程可以和GC線程同時(shí)工作）

3、G1收集器

特性：
1）首先收集盡可能多的垃圾(Garbage First)
內(nèi)部采用了啟發(fā)式算法，找出具有高收集收益的分區(qū)進(jìn)行收集。
2）并行和并發(fā)
和CMS相似，可以做到用戶線程和GC線程同時(shí)工作。
3）內(nèi)存布局調(diào)整
將整個(gè)堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），新生代和老年代不再是物理隔離，它們都是一部分Region（不需要連續(xù)）的集合。每個(gè)分區(qū)都可能隨G1的運(yùn)行在不同代之間前后切換。
G1劃分了一個(gè)Humongous區(qū)，它用來(lái)專門存放巨型對(duì)象。
4） GC模式
G1提供了兩種GC模式，Young GC和Mixed GC，兩種都是Stop The World(STW)的。

五、引用文獻(xiàn)

[1] https://blog.csdn.net/ft30597...
[2] https://www.cnblogs.com/1024C...
[3] https://blog.csdn.net/x_i_y_u...
[4] https://www.jianshu.com/p/e99...
[5] https://blog.csdn.net/foolish...
[6] https://blog.csdn.net/coderli...
[7] https://www.cnblogs.com/ASPNE...