Java中的垃圾回收機(jī)制泳桦，一直是Java的一大特性，不需要自己回收娩缰，Java虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)處理灸撰。但是我們?nèi)砸斫饫占瘷C(jī)制，知道其原理和實(shí)現(xiàn)方式，這樣才能更好地讓垃圾回收機(jī)制工作浮毯，更好地維護(hù)我們的項(xiàng)目完疫。

一、垃圾收集算法

1.標(biāo)記-清除算法

最基礎(chǔ)的收集算法是“標(biāo)記-清除”（Mark-Sweep）算法亲轨，如同它的名字一樣趋惨，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段。

①首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象
②在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象惦蚊。

不足：

效率問(wèn)題：標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程的效率都不高
空間問(wèn)題：標(biāo)記清除之后產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片器虾，空間碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致以后程序運(yùn)行過(guò)程中需要分配較大對(duì)象時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作蹦锋。

2.復(fù)制算法

目的：為了解決效率問(wèn)題兆沙。
將可用內(nèi)存按容量大小劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊莉掂。當(dāng)一塊內(nèi)存使用完了葛圃，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另一塊上面，然后再把已使用過(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉憎妙。這樣使得每次都是對(duì)整個(gè)半?yún)^(qū)進(jìn)行內(nèi)存回收库正，內(nèi)存分配時(shí)也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況。
缺點(diǎn)：將內(nèi)存縮小為了原來(lái)的一半厘唾。

3.標(biāo)記-整理算法

復(fù)制收集算法在對(duì)象存活率較高時(shí)，就要進(jìn)行較多的復(fù)制操作罕伯，效率就會(huì)變低曲伊。
根據(jù)老年代的特點(diǎn)，提出了”標(biāo)記-整理“算法追他。
標(biāo)記過(guò)程仍然與”標(biāo)記-清除“算法一樣熊昌，但后續(xù)步驟不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)湿酸，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存。

4.分代收集算法

一般是把Java堆分為新生代和老年代灭美，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

在新生代中推溃，每次垃圾收集時(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對(duì)象死去，只有少量存活届腐，那就選用復(fù)制算法铁坎。

在老年代中蜂奸，因?yàn)閷?duì)象存活率高、沒(méi)有額外空間對(duì)它進(jìn)行分配擔(dān)保硬萍，就必須采用“標(biāo)記-清除”或“標(biāo)記-整理”算法來(lái)進(jìn)行回收扩所。

二、垃圾回收機(jī)制的一些知識(shí)

1.JVM中的年代

JVM中分為年輕代（Young generation）和老年代(Tenured generation)朴乖。

HotSpot JVM把年輕代分為了三部分：1個(gè)Eden區(qū)和2個(gè)Survivor區(qū)（分別叫from和to）祖屏。默認(rèn)比例為8：1,為啥默認(rèn)會(huì)是這個(gè)比例，接下來(lái)我們會(huì)聊到买羞。

一般情況下袁勺，新創(chuàng)建的對(duì)象都會(huì)被分配到Eden區(qū)(一些大對(duì)象特殊處理),這些對(duì)象經(jīng)過(guò)第一次Minor GC后，如果仍然存活畜普，將會(huì)被移到Survivor區(qū)期丰。對(duì)象在Survivor區(qū)中每熬過(guò)一次Minor GC，年齡就會(huì)增加1歲吃挑，當(dāng)它的年齡增加到一定程度時(shí)钝荡，就會(huì)被移動(dòng)到年老代中。
因?yàn)槟贻p代中的對(duì)象基本都是朝生夕死的(80%以上)舶衬，所以在年輕代的垃圾回收算法使用的是復(fù)制算法埠通，復(fù)制算法的基本思想就是將內(nèi)存分為兩塊，每次只用其中一塊约炎，當(dāng)這一塊內(nèi)存用完植阴，就將還活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面。復(fù)制算法不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片圾浅。

在GC開(kāi)始的時(shí)候掠手，對(duì)象只會(huì)存在于Eden區(qū)和名為“From”的Survivor區(qū)，Survivor區(qū)“To”是空的狸捕。緊接著進(jìn)行GC喷鸽，Eden區(qū)中所有存活的對(duì)象都會(huì)被復(fù)制到“To”，而在“From”區(qū)中灸拍，仍存活的對(duì)象會(huì)根據(jù)他們的年齡值來(lái)決定去向做祝。年齡達(dá)到一定值(年齡閾值，可以通過(guò)-XX:MaxTenuringThreshold來(lái)設(shè)置)的對(duì)象會(huì)被移動(dòng)到年老代中鸡岗，沒(méi)有達(dá)到閾值的對(duì)象會(huì)被復(fù)制到“To”區(qū)域混槐。經(jīng)過(guò)這次GC后，Eden區(qū)和From區(qū)已經(jīng)被清空轩性。這個(gè)時(shí)候声登，“From”和“To”會(huì)交換他們的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”悯嗓。不管怎樣件舵，都會(huì)保證名為To的Survivor區(qū)域是空的。Minor GC會(huì)一直重復(fù)這樣的過(guò)程脯厨，直到“To”區(qū)被填滿铅祸，“To”區(qū)被填滿之后，會(huì)將所有對(duì)象移動(dòng)到年老代中合武。

2.Minor GC和Full GC的區(qū)別

Minor GC:指發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作临梗，該動(dòng)作非常頻繁。

Full GC/Major GC:指發(fā)生在老年代的垃圾收集動(dòng)作眯杏，出現(xiàn)了Major GC夜焦，經(jīng)常會(huì)伴隨至少一次的Minor GC。Major GC的速度一般會(huì)比Minor GC慢10倍以上岂贩。

3. 空間分配擔(dān)保

在發(fā)生Minor GC之前茫经，虛擬機(jī)會(huì)先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象的總空間，如果這個(gè)條件成立萎津，那么Minor GC可以 確保是安全的卸伞。如果不成立，則虛擬機(jī)會(huì)查看HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔(dān)保失敗锉屈。如果允許荤傲，那會(huì)繼續(xù)檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代對(duì)象的平均大小，如果大于颈渊，則將嘗試進(jìn)行一次Minor GC遂黍，盡管這個(gè)Minor GC是有風(fēng)險(xiǎn)的。如果小于俊嗽，或者HandlePromotionFailure設(shè)置不允許冒險(xiǎn)雾家，那這時(shí)也要改為進(jìn)行一次Full GC。

以上便是在垃圾回收過(guò)程中绍豁，需要了解的一些必要的知識(shí)芯咧。下面我們就來(lái)介紹具體的垃圾收集器。

三竹揍、垃圾收集器

上圖展示了7種作用于不同分代的收集器敬飒，如果兩個(gè)收集器之間存在連線，說(shuō)明它們可以搭配使用芬位。

1.Serial收集器

是最基本无拗、發(fā)展歷史最悠久的收集器。這是一個(gè)單線程收集器昧碉。但它的“單線程”的意義并不僅僅說(shuō)明它只會(huì)使用一個(gè)CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作蓝纲，更重要的是它在進(jìn)行垃圾收集時(shí)阴孟，必須暫停其他所有的工作線程，直到它收集結(jié)束税迷。

優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單而高效（與其他收集器的單線程比）锹漱，對(duì)于限定單個(gè)CPU的環(huán)境來(lái)說(shuō)箭养，Serial收集器由于沒(méi)有線程交互的開(kāi)銷，專心做垃圾收集自然可以獲得最高的單線程效率哥牍。

2.ParNew收集器

ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本毕泌。

是許多運(yùn)行在Server模式下的虛擬機(jī)中首選的新生代收集器，其中一個(gè)與性能無(wú)關(guān)但很重要的原因是嗅辣，除了Serial收集器外撼泛，目前只有它能與CMS收集器配合工作。

ParNew收集器默認(rèn)開(kāi)啟的收集線程數(shù)與CPU的數(shù)量相同澡谭。
下圖是ParNew/Serial Old收集器運(yùn)行示意圖

3.Parallel Scavenge收集器

Parallel Scavenge收集器是一個(gè)新生代收集器愿题，使用復(fù)制算法，又是并行的多線程收集器蛙奖。
最大的特點(diǎn)是：Parallel Scavenge收集器的目標(biāo)是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量潘酗。

所謂吞吐量就是CPU用于運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間與CPU總消耗時(shí)間的比值，即吞吐量=運(yùn)行用戶代碼時(shí)間/（運(yùn)行用戶代碼時(shí)間+垃圾收集時(shí)間）雁仲。

高吞吐量則可以高效率地利用CPU時(shí)間仔夺，盡快完成程序的運(yùn)算任務(wù)，主要適合在后臺(tái)運(yùn)算而不需要太多交互的任務(wù)攒砖。

4.Serial Old收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本缸兔，同樣是一個(gè)單線程收集器，使用“標(biāo)記-整理”算法吹艇。這個(gè)收集器的主要意義也是在于給Client模式下虛擬機(jī)使用惰蜜。

如果在Server模式下，它主要還有兩大用途：
1.與Parallel Scavenge收集器搭配使用

2.作為CMS收集器的后備預(yù)案掐暮，在并發(fā)收集發(fā)生Conurrent Mode Failure使用蝎抽。

5.Parallel Old收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標(biāo)記-整理”算法路克。

在注重吞吐量以及CPU資源敏感的場(chǎng)合樟结，都可以優(yōu)先考慮Parallel Scavenge+Parallel Old收集器

6.CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器

是HotSpot虛擬機(jī)中第一款真正意義上的并發(fā)收集器，它第一次實(shí)現(xiàn)了讓垃圾收集線程與用戶線程同時(shí)工作精算。

關(guān)注點(diǎn)：盡可能地縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間瓢宦。

CMS收集器是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)過(guò)程分為4個(gè)步驟：
①初始標(biāo)記
②并發(fā)標(biāo)記
③重新標(biāo)記
④并發(fā)清除
其中灰羽，初始標(biāo)記驮履，重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟仍然需要“Stop The World”鱼辙。初始標(biāo)記僅僅只標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快玫镐。并發(fā)標(biāo)記階段就是 進(jìn)行GC Roots Tracing的過(guò)程倒戏。
重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記幾率，這個(gè)階段的停頓時(shí)間一般會(huì)比初始標(biāo)記階段稍長(zhǎng)恐似，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記時(shí)間短杜跷。
整個(gè)過(guò)程耗時(shí)最長(zhǎng)的階段是并發(fā)標(biāo)記，并發(fā)清除過(guò)程矫夷，但這兩個(gè)過(guò)程可以和用戶線程一起工作葛闷。

②CMS收集器無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾扣泊，可能出現(xiàn)“Conurrent Mode Failure”失敗而導(dǎo)致另一次Full GC的產(chǎn)生。由于CMS并發(fā)清理階段用戶線程還在運(yùn)行著赤嚼，伴隨程序運(yùn)行自然就還會(huì)產(chǎn)生新的垃圾旷赖，這一部分垃圾出現(xiàn)在標(biāo)記過(guò)程之后，CMS無(wú)法在檔次收集中處理掉它們更卒，只好留待下一次GC時(shí)再清理掉等孵。這部分垃圾就稱為“浮動(dòng)垃圾”。因此CMS收集器不能像其他收集器那樣等到老年代幾乎完全被填滿了再進(jìn)行收集蹂空，需要預(yù)留一部分空間提供并發(fā)收集時(shí)程序運(yùn)作使用俯萌。在JDK1.5的默認(rèn)設(shè)置下，CMS收集器當(dāng)老年代使用了68%的空間后就會(huì)被激活上枕。如果預(yù)留空間無(wú)法滿足程序需要咐熙，就會(huì)出現(xiàn)一次“Concurrent Mode Failure”失敗，這時(shí)虛擬機(jī)將啟動(dòng)后備預(yù)案Serial Old辨萍。

③CMS是一款基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的收集器棋恼，所以會(huì)有大量空間碎片問(wèn)題。

7.G1收集器

是當(dāng)今收集器技術(shù)發(fā)展的最前沿成果之一锈玉。是一款面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器爪飘。
特點(diǎn)：
①并行與并發(fā)
能充分利用多CPU，多核環(huán)境下的硬件優(yōu)勢(shì)拉背，縮短Stop-The-World停頓的時(shí)間师崎，同時(shí)可以通過(guò)并發(fā)的方式讓Java程序繼續(xù)執(zhí)行
②分代收集
可以不需要其他收集器的配合管理整個(gè)堆，但是仍采用不同的方式去處理分代的對(duì)象椅棺。
③空間整合
G1從整體上來(lái)看犁罩，采用基于“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)收集器
G1從局部上來(lái)看齐蔽，采用基于“復(fù)制”算法實(shí)現(xiàn)。
④可預(yù)測(cè)停頓

使用G1收集器時(shí)床估，Java堆內(nèi)存布局與其他收集器有很大差別含滴，它將整個(gè)Java堆劃分成為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域。
G1跟蹤各個(gè)Region里面的垃圾堆積的價(jià)值大胸の住（回收所獲得的空間大小以及回收所需時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值）蛙吏，在后臺(tái)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先列表，每次根據(jù)允許的收集時(shí)間鞋吉，優(yōu)先回收價(jià)值最大的Region。