JVM系列之垃圾回收機制（Garbage Collect）

JVM系列之垃圾回收機制（Garbage Collect）

1、前言介紹

在前面章節的學習中，我們知道了java虛擬機的運行時數據區和類加載機制，了解了在堆內存中是有垃圾回收的，比如young區的Minor GC，Old區的Major GC，young區和old區的full GC。

對于一個內存中的對象，怎么確定它需要回收的？怎么樣對它進行回收？

2、如何確定一個對象需要回收？

對于引用計數法而言，只要應用程序中持有對該對象的引用，則這個對象不需要回收，如果這個對象沒有任何指針對其引用，則這個對象需要回收。

弊端：如果對象A和B之間相互持有引用，會導致永遠不會被回收

寫個例子進行驗證：

public class TestGc { static class A{ public B b; } static class B { public A a; } public static void testGc() { A a = new A(); B b = new B(); a.b = b; b.a = a; a = null; b = null; // 強制進行gc回收 System.gc(); } public static void main(String[] args) { testGc(); } }

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添加java虛擬機參數-XX:+PrintGC，在控制臺打印出gc日志

從日志可以看出，在jdk8里還是有進行回收的，說明jdk8默認的回收機制不是基于“引用計數法”的

[GC (System.gc()) 4301K->1033K(117760K), 0.0024682 secs] [Full GC (System.gc()) 1033K->990K(117760K), 0.0170595 secs]

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通過GC Root的對象，開始向下尋找，看某個對象是否可達，能查找到就是可達

在Java技術體系里面，固定可作為GC Roots的對象有：

虛擬機棧引用的對象

方法區中類靜態屬性引用的對象

方法區中常量引用的對象

本地方法棧中JNI（Native方法）引用的對象

·所有被同步鎖（synchronized）持有的對象

類加載器、Thread、基本數據類型對應的Class對象、常駐的異常對象

等等

3、什么時候會垃圾回收？

（1）、當Eden區或者S區不夠用時

（2）、old區空間不夠用時

（3）、方法區空間不夠用時

（4）、System.gc() 手動回收（通知回收，什么時候回收由jvm決定，生產環境不建議使用，因為gc消耗的資源比較大）

4、 垃圾收集算法

標記Mark

找出內存中需要回收的對象，并且將它們標記出來

引用官網圖片：

清除（Sweep）

清除掉被標記需要回收的對象，釋放出對應的內存空間

將不需要回收的對象，如圖Referenced對象復制到S0，然后清理Eden，當然Young區的垃圾回收，還有沒那么簡單，這里不詳細描述（為什么要兩個S區的原因可以找上一章學習）

同樣需要標記的過程：

讓所有Referenced對象都向一端移動，清理掉邊界意外的內存。

5、 分代垃圾收集過程

在前面的學習中，我們知道了堆是jvm一個很重要的部分，堆可以分為young區（“新生代”）和old區（“老年代”），young區再細分為Eden區、S0區（From區）、S1區（To區），然后對象是怎么進行分代分配收集的，然后按照官網描述走一遍流程，圖來自官網

1、任何新對象最開始都被分配到 eden 空間。兩個幸存者空間一開始都是空的，圖來自官網

2、伊甸園空間填滿時，會觸發一個次要的垃圾收集

3、引用的對象會被移到S0區，然后清理Eden區，未引用的對象被清理

4、在下一次的小GC中，Eden區引用的對象同樣會移到幸存區，不過這次不是S0（From）區，而是S1（To）區。同時原來S0（From）區中的引用對象達到一個閾值后，也會被移到S1區，當所有符合條件的引用對象都被移到S1時，就會觸發GC，清理Eden區、S0區的對象

5、在接下來的下一個次要(minor )GC，會重復同樣的過程。不過這一次，幸存區被換了，這次換成S0區，Eden區引用的對象和S1中的引用對象被移到S0區，然后清理Eden區和S1區

6、前面就是young區的minor GC大概過程，當對象達到一定的年齡閾值（本例中為8）時，它們會從“年輕代“提升到“老年代“。

7、 隨著次要 GC 的繼續發生，對象將繼續被提升到老年代空間

8、如果old區空間滿了，將在old區執行一次major GC，清理并壓縮該空間

6、 垃圾收集器

垃圾收集算法是方法論，垃圾收集器就是內存回收的具體實現，按照并行多線程、作用 范圍（作用于“新生代”還是“老年代”），可以細分為各類的垃圾收集器

young Generation Collection：

Serial

Serial收集器是最基本，發展歷史最早的收集器，在jdk1.3.1之前是java虛擬機唯一的選擇，它是一種單線程的收集器，采用復制算法。

ParNew

ParNew是一種多線程版本的收集器，也是采用復制算法的收集器，可以理解為Serial的多線程版本。

Parallel Scavenge

Parallel Scavenge 也是一種復制類型的收集器，支持多線程并發，看起來和ParNew有點像，不過Parallel Scanvenge更關注系統的吞吐量。

Old Generation Collection

Serial Old

Serial Old收集器是Serial收集器的老年代版本，也是一個單線程收集器，采用的收集算法是“標記-整理”，“mark-sweep-compact”，運行過程和Serial一樣

CMS

Concurrent Mark Sweep(CMS)，是一種以獲取 最短回收停頓時間 為目標的收集器，采用的是標記-清除算法，官方文檔

整個過程分為4：

(1)、初始標記（CMS initial mark）：標記GC roots直接關聯對象，不需要Tracing，速度是很快的

(2)、并發標記（CMS concurrent mark）：這個過程會進行GC Roots tracing

(3)、重新標記（CMS remark）：重新標記并發標記中因用戶程序改變的內容

(4)、并發清楚（CMS concurrent sweep）：這個過程會清理不可達的對象，回收內存空間（不過這個過程會產生新垃圾，留著下次清理，這個被稱之為浮動垃圾）

注意：總體上來說，CMS收集器的內存回收過程是與用戶線程一起并發地執行的，因為整體過程，并發標記和并發清除，收集器線程可以與用戶線程一起工作

Parallel Old

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，支持多線程，使用“標記-整理算法”進行垃圾回收，也是更加關注系統的吞吐量

G1

Garbage-First (G1) 收集器是一種服務器式垃圾收集器，適用于具有大內存的多處理器機器。

G1收集器，Java堆的內存布局和其它收集器有很大差別，它將整個java堆劃分為多個大小相等的獨立區域（Region），雖然還保留著“新生代”和“老年代”的概念，不過“新生代”和“老年代”不再是以前的設計模型，而是很大Region區域的集合。所謂Garbage-Frist，其實就是優先回收垃圾最多的Region區域。

引用官網的圖例：

每個Region大小都是一樣的，可以是1M到32M之間的數值，但是必須保證是2的n次冪，如果對象太大，一個Region放不下，超過了Region大小的50%，就會直接放到H中

注意：設置Region大小：-XX:G1HeapRegionSize=M

G1收集器收集過程：

初始標記（Initial Marking） 標記以下GC Roots能夠關聯的對象，并且修改TAMS的值，需要暫停用戶線程

并發標記（Concurrent Marking） 從GC Roots進行可達性分析，找出存活的對象，與用戶線程并發執行

最終標記（Final Marking） 修正在并發標記階段因為用戶程序的并發執行導致變動的數據，需暫停用戶線程

篩選回收（Live Data Counting and Evacuation） 對各個Region的回收價值和成本進行排序，根據用戶所期望的GC停頓時間制定回收計劃

ZGC

The Z Garbage Collector (ZGC)是一種可擴展的低延遲垃圾收集器。是自從JDk11才有的，不管是物理上還是邏輯上，ZGC中已經不存在新老年代的概念了。它的數據結構會分為一個個page，當進行GC操作時會對page進行壓縮，因此沒有碎片問題。只能在64位的linux上使用，目前用得還是比較少的

注意：開啟命令，XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC。

比較詳細地學習了各類垃圾收集器之后，需要進行歸類總結一下知識點，按照垃圾收集器的作用范圍，作用于“新生代”還是“老年代”可以分為如圖所示：

引用官網webfolder PDF的圖片：

只作用于“新生代”的有Serial、ParNew、ParalleScavenge；只作用于“老年代”的有Serial Old、CMS、Parallel Old；同時可以作用于“新生代”和“老年代”的有G1

按照是否支持并發的，可以分為串行收集器和并行收集器

串行收集器

Serial和Serial Old，只有一個垃圾回收線程執行，執行期間用戶線程暫停，適用于內存比較小的嵌入式設備

并行收集器[吞吐量優先]

Parallel Scanvenge、Parallel old，多個線程執行，此時用戶線程仍然處于等待狀態。

并行收集器[停頓時間優先]

CMS、G1，用戶線程和垃圾收集線程同時執行，但并不一定是并行的，可能是交替執行的，垃圾收集線程在執行的時候不會停頓用戶線程的運行

Java JVM 任務調度

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