目錄
一枣察、概述
二、如何判斷對象是否為垃圾
三太防、回收算法
四辞嗡、垃圾收集器

一、概述

1. GC內(nèi)存回收的地方
   虛擬機棧,本地方法棧,隨著線程而生,線程而滅,虛擬機棧中的棧幀分配多少內(nèi)存已經(jīng)在類結(jié)構(gòu)就確定了,還有這幾個區(qū)域的內(nèi)存和回收都具有確定性,不需要過多的考慮回收的問題,主要回收的指的是java堆內(nèi)存
2. Minor GC,Major GC,Full GC
   • minorGC 是清理整合YouGen的過程氓皱， eden 的清理褒翰，S0\S1的清理都由于MinorGC
   • Major GC 是清理OldGen。
   • Full GC 是清理整個堆空間—包括年輕代和永久代匀泊。
3. 執(zhí)行速度
   Minor GC 執(zhí)行快 (50 ms內(nèi)).
   Minor GC 執(zhí)行不頻繁 (大概10s 執(zhí)行一次).
   Full GC 執(zhí)行快 (1 second內(nèi)).
   Full GC 執(zhí)行不頻繁 (10 minutes 一次).
4. YGC和FGC
   1优训、YGC和FGC是什么
   YGC ：對新生代堆進行g(shù)c。頻率比較高各聘，因為大部分對象的存活壽命較短揣非，在新生代里被回收。性能耗費較小躲因。 （復(fù)制算法 ---> 一般適用對象存活率低的場景）
   FGC ：全堆范圍的gc早敬。默認(rèn)堆空間使用到達80%(可調(diào)整)的時候會觸發(fā)fgc忌傻。（標(biāo)記整理或者標(biāo)記清除算法 ---> 一般適用于對象存活率高的場景）
   2、什么時候執(zhí)行YGC和FGC
   (1)eden空間不足,執(zhí)行 young gc
   (2)old空間不足搞监，perm空間不足水孩，調(diào)用方法System.gc() ，ygc時的悲觀策略, dump live的內(nèi)存信息時(jmap –dump:live表示我們需要抓取目前在生命周期內(nèi)的內(nèi)存對象)琐驴，都會執(zhí)行full gc

二俘种、如何判斷對象是否為垃圾

四種引用(強, 軟,弱,虛)

// 1.強引用
    String strongReference = new String("abc");
        strongReference = null
// 2.軟引用
    String str = new String("abc");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<String>(str);
if(JVM內(nèi)存不足) {
        // 將軟引用中的對象引用置為null
        str = null;
        // 通知垃圾回收器進行回收
        System.gc();
    }
// 3.弱引用
String str=newString("abc");   
WeakReference<String> WeakRef = new WeakReference<String>(str);
str=null;
//弱引用  ->變-->  強引用
String  abc = WeakRef.get();

• 強引用:
  1. Object strongReference = new Object();
  2. 內(nèi)存空間不足時，Java虛擬機寧愿拋出OutOfMemoryError錯誤
  3. 強引用對象不適用需要回收時,需要弱化 strongReference = null才能回收
• 軟引用(瀏覽器高速緩存):
  1. 如果內(nèi)存空間不足了绝淡，就會回收這些對象的內(nèi)存宙刘。
  2. GC會在虛擬機拋出OutOfMemoryError之前回收軟引用對象
  3. 優(yōu)先回收長時間閑置不用的軟引用對象,較新的會保留
• 弱引用(ThreadLocal的Node節(jié)點的key):
  1. 每次回收必回收掉的對象,不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否，都會回收它的內(nèi)存牢酵。
  2. GC是個優(yōu)先級很低的線程,不一定很快發(fā)現(xiàn)弱引用的對象
• 虛引用(管理堆外內(nèi)存):
  1. 一個對象僅持有虛引用悬包，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收馍乙。
  2. 主要用來跟蹤對象被垃圾回收器回收的活動

1.引用計算法

public class quote_calc_method {
   /**
    * VM args
    * -verbose:gc  -XX:+PrintGCDetails
    * @param args
    */
   public Object object;
   private static final int _1MB = 1024 * 1024;
   private byte[] bigSize = new byte[10 * _1MB];
   public static void main(String[] args) {   
      quote_calc_method a1 = new quote_calc_method();
      quote_calc_method a2 = new quote_calc_method();
      //在堆內(nèi)存a1,a2中相互指向(相互引用)
      a1.object = a2;
      a2.object = a1;
      
      //棧指向堆內(nèi)存的引用刪除
      a1 = null;
      a2 = null;
      //結(jié)果:對象之間的循環(huán)引用問題,計算器!=1,但是卻屬于垃圾
      
      //在這里發(fā)生GC,a1和a2對象能否被回收,
      //如果是引用計算法,則不會回收,因為兩個對象還存在彼此的引用
      //如果回收了,說明采用了別的方法
      System.gc();
   }
}

• 定義:給對象添加一個引用計數(shù)器,當(dāng)有一個地方引用它時,計數(shù)器加一,引用失效時,值減一,計數(shù)器為0時的對象就是不可能再被使用的
• 優(yōu)點:實現(xiàn)簡單,判斷效率高
• 缺點:難以解決對象內(nèi)部相互循環(huán)引用的問題

2.可達性分析

JVM就是通過可達性分析判斷哪些對象需要被回收

• 定義:通過一些列被稱為"GC Roots"的對象作為起始點,從這些結(jié)點向下搜索,搜索走過的路徑稱為引用鏈,當(dāng)一個對象到GC Roots沒有任何的引用鏈相連時,此對象不可用的布近。

• 可作為GC Roots的對象是

  1. 虛擬機棧引用的對象
  2. 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象
  3. 方法區(qū)中常量引用的對象
  4. 本地方法棧(Native方法)引用的對象

• 例子:如下圖所示，object1~object4對GC Root都是可達的丝格，說明不可被回收吊输，object5和object6對GC Root節(jié)點不可達，說明其可以被回收铁追。

  
  
  image-20200725074321593.png

三季蚂、回收算法

1.標(biāo)記-清除算法

• 定義:
  最基礎(chǔ)的收集算法,通過可達性分析法標(biāo)記所有需要回收的對象,在標(biāo)記后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象
• 缺點:
  1. 效率問題:標(biāo)記和清除的效率都不高
  2. 空間問題:標(biāo)記后產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片(不連續(xù)的內(nèi)存空間),在分配較大對象內(nèi)存時,可能無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存空間不得不提前觸發(fā)另一次的垃圾收集動作

• 圖解

  
  
  image-20200725075408981.png

2.復(fù)制算法

• 定義:為了解決效率問題,復(fù)制收集算法出現(xiàn)了,將內(nèi)存劃分大小相等的兩塊,每次只使用其中一塊,當(dāng)這塊內(nèi)存用完了,將存活的對象復(fù)制到另外一塊內(nèi)存上,然后把使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。
• 優(yōu)點:實現(xiàn)簡單,運行高效
• 缺點:內(nèi)存縮減為原來的一般,對于存活較多的對象,頻繁的進行復(fù)制操作,效率降低且需要內(nèi)存分配擔(dān)保

• 效果圖

  
  
  image-20200725084052636.png

衍生版本:

• 過程:
  1.劃分為Eden(伊甸園)和Survivor區(qū)琅束，最后Survivor由FromSpace和ToSpace組成,三個區(qū)域默認(rèn)情況下是按照8：1：1分配,也可以手動配置扭屁。
  2.JVM每次只會使用Eden區(qū)和一塊Survivor區(qū)來為對象服務(wù),另一塊Survivor區(qū)域是空的,用于垃圾回收
  3.舉例:
  第一次GC,將Eden+from存活的對象復(fù)制到to,清空Eden和from(存活對象小于to的空間)
  第二次GC,虛擬機使用Eden+to,將存活對象移到from
  就這樣反復(fù)在from,to循環(huán)
  4.如果Eden區(qū)域未回收的內(nèi)存超過from或者to的自身空間,則"內(nèi)存擔(dān)保",由from或者to空間移到Tenured Gen老年代中
• 優(yōu)點:復(fù)制算法只復(fù)制了10%的內(nèi)存空間,空間的損耗達到可接受范圍,解決了內(nèi)存碎片(空間問題)

3.標(biāo)記-整理算法

• 定義:與標(biāo)記-清除算法比,不同在于標(biāo)記清除只是把可回收的對象進行垃圾回收,不會對剩余內(nèi)存進行整理,整理的過程是將可用內(nèi)存往一端移動,把回收對象往另一端移動,最后將回收對象部分內(nèi)存進行回收
• 優(yōu)點:解決了標(biāo)記-清除算法的內(nèi)存碎片問題,也解決了復(fù)制算法的空間利用率(內(nèi)存浪費)問題
• 缺點:來回移動整理導(dǎo)致比前兩者效率低

• 效果圖

  
  
  image-20200725085821318.png

4.分代收集算法

定義:針對不同的分代區(qū)，選擇不同的垃圾收集算法(2.復(fù)制算法 3.標(biāo)記-整理算法)涩禀。
復(fù)制算法:針對回收率較高的區(qū)域,只需要復(fù)制少量的存活對象----新生代
標(biāo)記-清除算法/標(biāo)記-整理算法:針對回收率較低的區(qū)域,只需要清除少量的垃圾對象----老年代

四料滥、垃圾收集器

1.Serial

• 定義:
  單線程的新生代垃圾收集器(復(fù)制算法),單線程:只會用一條收集線程去完成垃圾收集工作,但是它必須暫停所有的用戶線程,直到它完成垃圾收集工作(stop the world STW)----其他所有線程都被掛起（除了垃圾收集幫助器之外）

• 安全點(Safe Point):
  VM Threads，專門用來執(zhí)行一些特殊的VM Operation艾船，比如分派GC葵腹，thread dump等，這些任務(wù)屿岂，都需要整個Heap践宴，以及所有線程的狀態(tài)是靜止的，一致的才能進行爷怀。所以JVM引入了安全點(Safe Point)的概念阻肩，想辦法在需要進行VM Operation時，通知所有的線程進入一個靜止的安全點运授。

• Serial Old收集器

  1. Serial收集器的老年代版本,用"用標(biāo)記-整理"算法的單線程收集器
  2. 用途
     • 與Parallel Scavenge收集器搭配使用
     • 作為CMS(針對老年代的多線程)收集器的后備方案,在并發(fā)收集算法Concurrent Mode Failure的搭配使用
     • CMS一般和Parnew搭配使用,不能和Parallel搭配

• 效果圖

  
  
  image-20200725095052530.png

2.Parnew

• 定義:多線程版本的Serial收集器,許多Server服務(wù)器的首選新生代收集器(復(fù)制算法)
• 配合:
  • Serial配合CMS收集器
  • Parnew配合CMS收集器

3.Parallel Scavenge

• 定義:多線程的新生代收集器(復(fù)制算法)
  達到可控制的吞吐量
  其他收集器的關(guān)注點:盡量的縮短GC時用戶線程的停頓時間
• 與Parnew比較
  • 可以達到可控制的吞吐量
  • Parnew配合CMS收集器,Parallel不能
• 參數(shù)

-XX:MaxGCPauseMillis 垃圾回收器最大的停頓時間
-XX:GCTimeRatio (0,100) 吞吐量大小
99代表100分鐘的cpu占用時間,GC時間為1分鐘

• 吞吐量計算
  CPU用于用戶代碼的時間與CPU總消耗時間的比值
  即吞吐量=運行用戶代碼時間1 (運行用戶代碼時間+垃圾收集時間)
  虛擬機總共運行了100 分鐘烤惊，其中垃圾收集花掉1分鐘乔煞，那吞吐量就是99%
• Parallel Old收集器
  • 是Parallel Scavenge的老年代版本,多線程和使用"標(biāo)記-整理"算法

  • 在注重吞吐量和CPU的敏感場合,可以優(yōu)先考慮Parallel Scavenge和Parallel Old的組合

    
    
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4.CMS(Concurrent Mark Sweep)

并發(fā)和并行的區(qū)別
并行(parallel)：指在同一時刻，有多條指令在多個處理器上同時執(zhí)行柒室。所以無論從微觀還是從宏觀來看渡贾，二者都是一起執(zhí)行的。
并發(fā)(concurrency)：指在同一時刻只能有一條指令執(zhí)行雄右，但多個進程指令被快速的輪換執(zhí)行空骚，使得在宏觀上具有多個進程同時執(zhí)行的效果，但在微觀上并不是同時執(zhí)行的不脯，只是把時間分成若干段府怯，使多個進程快速交替的執(zhí)行刻诊。并發(fā)和并行的區(qū)別

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• 定義:是以一種最短回收停頓時間(最小響應(yīng)時間)為目的的垃圾收集器

• 使用場景:重視服務(wù)的響應(yīng)速度和系統(tǒng)停頓時間,JavaWeb項目

• CMS的并發(fā)可能指的是并行???

  在GC領(lǐng)域: 
  concurrent算法指GC線程和業(yè)務(wù)線程能并發(fā)執(zhí)行防楷； parallel指GC線程之間的并行。
  

• 收集四個步驟

  1. 初始標(biāo)記(initial mark): 標(biāo)記GC Roots可以關(guān)聯(lián)到的對象,需要STW,速度快
  2. 并發(fā)標(biāo)記(concurrent marl)--耗時長且同時執(zhí)行: 從"初始標(biāo)記"開始找出存活對象,標(biāo)記比較好使,GC和用戶線程可以同時執(zhí)行,
  3. 重新標(biāo)記(remark): 修正在"并發(fā)標(biāo)記"期間因用戶線程繼續(xù)執(zhí)行產(chǎn)生變動的那一部分對象的標(biāo)記.需要STW,標(biāo)記后,Java堆中存活的對象已保證都被標(biāo)記
  4. 并發(fā)清除(concurrent sweep)--耗時長且同時執(zhí)行: 釋放年老代的垃圾對象,用戶線程可以同時執(zhí)行

• 優(yōu)點

  1. "并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除",并發(fā)標(biāo)記,并發(fā)清除耗時長,但是都可以與用戶線程同時執(zhí)行,總體上,CMS的內(nèi)存回收時與用戶線程同時執(zhí)行的
  2. 低停頓

• 缺點

  1. CMS收集器對CPU資源非常敏感,CMS默認(rèn)啟動的回收線程數(shù)是(CPU數(shù)+3)/4则涯，當(dāng)CPU不足4個時复局，CMS對用戶程序的影響就可能變得很大。

  2. CMS無法處理浮動垃圾粟判，就可能出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”而導(dǎo)致另一次Full GC的產(chǎn)生
     因為在并行清除的時用戶線程會同時執(zhí)行,所產(chǎn)生的垃圾稱為"浮動垃圾",CMS無法在當(dāng)次收集中處理它們,所有CMS需要預(yù)留一部分空間給并發(fā)收集時用戶線程的使用(這里不會STW),萬一預(yù)留的內(nèi)存不滿足程序需要,就會出現(xiàn)一次"Concurrent Mode Failure",這時JVM臨時啟動Serial Old來重新進行老年代的垃圾收集(STW),停頓時間更長

  3. 空間碎片,因為"標(biāo)記-清除"算法,并發(fā)清除產(chǎn)生大量的空間碎片,即使老年代很多剩余空間,但無法找到連續(xù)空間來分配大對象,導(dǎo)致不得不觸發(fā)Full GC

• 參數(shù)
  -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 設(shè)置太高導(dǎo)致 Concurrent Mode Failure -XX:CMSCompactAtFullCollection FullGC贈送碎片整理
  -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction ````````` 執(zhí)行多少次不壓縮的FullGC,來一次壓縮的FullGC

• 效果圖

  
  
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5.G1

Garbage First

• 定義:是一個并行并發(fā)的增量式壓縮(內(nèi)存連續(xù)->指針碰撞方式分配內(nèi)存)|低停頓,用于多核大內(nèi)存的服務(wù)器垃圾收集器
• 特點:
  1. 并行和并發(fā),G1能利用多CPU,多核的硬件優(yōu)勢,來縮短STW的停頓時間
  2. 分代收集,分代概念仍然保留,但G1采取不同的方式去處理對象以獲得更好的收集效果
  3. 空間整合,G1從整體看-------"標(biāo)記-整合",從局部看-------"復(fù)制算法"
  4. 可預(yù)測的停頓,讓使用者指定在一個長度M毫秒的時間,消耗在垃圾收集上的時間不超過N毫秒
• Region出現(xiàn):G1收集器的Java堆內(nèi)存的分布于其他的收集器不同,劃分了大小相等的獨立區(qū)域(Region),而且老年代跟新生代不在是物理隔離了
  參數(shù):
  -XX:G1HeapRegionSize,大小只能為2的冪次方(MB)---------Region的大小
  默認(rèn)的Region的數(shù)量為2048個
• 收集步驟
  1. 初始標(biāo)記:標(biāo)記了從GC Root可達的對象,需要STW(stop the world)
  2. 并發(fā)標(biāo)記:從GC Root開始可達性分析,找出存活的對象,耗時較長,但是可與用戶線程同時執(zhí)行,JVM將變化記錄在Remember Set Logs
  3. 最終標(biāo)記(并發(fā)):需要STW,為了修改在"并發(fā)標(biāo)記"期間因用戶線程繼續(xù)執(zhí)行所導(dǎo)致一部分標(biāo)識改變的對象,將Remember Set Logs的數(shù)據(jù)合并到Remember Set
  4. 篩選回收(并發(fā)):需要STW,首先對各個Region的回收價值和成本進行排序,根據(jù)用戶期望的GC停頓時間來指定回收計劃,暫停用戶線程,但是是并發(fā)回收的亿昏，所以速度快，而且回收效率高

• 效果圖

  
  
  image-20200725155703031.png

• CMS和G1的不同點
  1. CMS的并發(fā)回收是與用戶線程一起進行的档礁，不需要停頓角钩。如果有垃圾是在標(biāo)記過程后產(chǎn)生的，那么就會產(chǎn)生一個回收不徹底的問題,設(shè)想一下一邊打掃房間呻澜，一邊有人在那扔垃圾递礼，那么最后的打掃效果是不是不好？而G1的篩選回收是需要暫停用戶線程羹幸，但是是并發(fā)回收的脊髓，所以速度快，而且回收效率高栅受。
  2. CMS的回收器不可以對young generation回收将硝，只能對old generation回收。因此需要與其他收集器配合屏镊，比如ParNew或者Serial依疼。而G1無論是young還是old都可以回收，人家可以獨立管理整個java堆而芥。而且回收算法是采用的標(biāo)記整理（局部是復(fù)制清除算法涛贯，因為young generation中采用復(fù)制清除效率更高），不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片的問題蔚出。對比CMS只是可憐的標(biāo)記清除弟翘，在一些高qps場景的服務(wù)中虫腋，內(nèi)存碎片化很嚴(yán)重，很容易造成Full Gc稀余！
  3. java堆在使用這兩款回收器的時候悦冀，內(nèi)存布局不同。在使用CMS收集器時睛琳，新生代和老年代是物理隔離的（為兩個不同的連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域）盒蟆。而用G1是對整個Heap劃分成若干個不同的Region，新生代和老年代是相互交叉的內(nèi)存區(qū)域师骗，是邏輯上的分類历等。這樣劃分的目的是規(guī)避每次在對象進行可達性分析都要在堆的全區(qū)域中進行。比如一個Collection Set中的每個region都對應(yīng)著一個Remembered set辟癌，G1可以維護這個Remembered Set寒屯，從中挑選出最具回收性價比的region進行回收，G1嘛黍少，就是Grabage First寡夹，提高回收效率。
  4. Remember Set和Card Table
     RS(Remember Set)是一種抽象概念厂置，用于記錄從非收集部分指向收集部分的指針的集合菩掏。 在傳統(tǒng)的分代垃圾回收算法里面，RS(Remember Set)被用來記錄分代之間的指針昵济。在G1回收器里面智绸，RS被用來記錄從其他Region指向一個Region的指針情況。因此访忿，一個Region就會有一個RS瞧栗。這種記錄可以帶來一個極大的好處：在回收一個Region的時候不需要執(zhí)行全堆掃描，只需要檢查它的RS就可以找到外部引用醉顽，而這些引用就是initial mark的根之一沼溜。
     那么，如果一個線程修改了Region內(nèi)部的引用游添，就必須要去通知RS系草，更改其中的記錄。為了達到這種目的唆涝，G1回收器引入了一種新的結(jié)構(gòu)找都，CT(Card Table)——卡表。每一個Region廊酣，又被分成了固定大小的若干張卡(Card)能耻。每一張卡，都用一個Byte來記錄是否修改過∠停卡表即這些byte的集合饿幅。實際上，如果把RS理解成一個概念模型戒职，那么CT就可以說是RS的一種實現(xiàn)方式栗恩。

• G1內(nèi)存結(jié)構(gòu)

  
  
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