深入探究 JVM 堆的垃圾回收机制（二）— 回收

GC Roots 枚举需要遍历整个应用程序的上下文，而在进行可达性分析或者垃圾回收时，如果我们还是进行全堆扫描及收集，那么会非常耗时。JVM 将堆分为新生代及老生代，它们的回收频率及算法不一样。

1 回收算法

在进行可达性分析时，我们会对对象进行标记：存活及待回收。然后再进行回收。

标记-清除	统一回收所有被标记为“待回收”的对象。 缺陷：1）执行效率不稳定，如果大部分对象需要回收，那清除工作将增加。2）内存空间碎片化，会产生大量不连续的内存碎片。
标记-复制	半区复制，将空间平分为2，每次只用其中1块，每次回收时将存活的对象复制到另一块，将当前块一次性清理掉。 缺陷：1）如果大部分对象是存活的，就会产生很大的内存复制开销。2）可用内存缩小到原来一半，内存利用率不高。
标记-整理	让所有存活的对象都向内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。 缺陷：如果存活对象分布比较分散，那么移动对象将很耗时。

表 回收算法

“标记-清除”因为“碎片问题”在虚拟机中较少使用，“碎片问题”会带来垃圾回收频繁、大型数据无法存储等问题。

1.1 分代收集

弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕灭。

强分代假说：熬过越多次垃圾收集的对象就越难以消亡。

JVM 按照对象年龄（熬过垃圾收集过程的次数，默认15次）将堆划分为新生代与老生代。

新生代	依据弱分代假说，每次回收只关注如何保留少部分存活的对象。 算法：标记-复制
老生代	依据强分代假说，以较低频率回收这个区域。 算法：标记-整理

表 新生代与老生代

1.1.1 新生代 Appel 式垃圾回收

将新生代划分为三块空间：Eden、Servivor1、Servivor2，内存大小比例为8:1:1。

每次只使用Eden和一块Servivor，垃圾回收时，将它们当作还存活的对象一次性复制到另一块Servivor中，然后清理掉使用的Eden及Servivor块。

PS：回收时，如果Eden及Servivor存活下来的对象超过Servivor容量时，会将溢出的对象复制到老生代。

1.1.2 晋升到老生代

晋升到老生代有如下场景：

1. 对象年龄达到阈值。
2. 大对象（大小超过设定的阈值）直接分配至老生代。避免大对象在新生代频繁复制。
3. 老生代空间担保失败，Minor GC完成后存活的对象大小超过一块Servivor的值。
4. 动态年龄判定，如果年龄小等于X的对象总大小超过Servivor容量的50%，则所有年龄>=X的对象直接晋升。

1.1.3 Minor GC 与 Full GC

纬度	Minor GC	Full GC
作用区域	新生代	整个堆（新生代+老生代）+方法区
触发	频率高。 当Eden区空间不足时触发。 （并非每次Eden满都触发，若开启空间分配担保，则可能直接触发Full GC）。	频率低。 老生代空间不足。 方法区空间不足。 显式调用：System.gc() 空间分配担保失败。
算法	标记-复制	标记-整理/标记-清除

表 Minor GC 与Full GC的对比

1.2 跨代引用

新生代的对象可能被老生代引用。Minor GC时，进行可达性分析前还需要将引用了新生代对象的老生代对象加入到GC Roots中。

跨代引用假说：跨代引用相对于同代引用来说仅占少数。

1.2.1 卡表

为了能快速收集到引用了新生代的老生代对象，在新生代上建立一个全局的“记忆集”，来记录老生代中跨代引用的信息。

“卡表”是记忆集的一种实现，是一个字节类型的数组。数组中每个元素对应老生代中一块固定大小的内存区域。该区域称为卡页（默认512字节）。当卡页中有对象存在跨代引用时，卡表对应数组的元素值为1，否则为0。

1.2.2 卡表的“伪共享”

“伪共享”是一种性能问题。

操作系统中内存与缓存的取值最小单位是缓存行（64字节），多线程并发的场景下，不同线程对不同卡表项修改可能操作的是同一缓存行，从而引发频繁的缓存同步，降低性能。

优化方案：

1. 在标记卡表前，如果该条目未被标记，才能进行标记。（减少不必要的写操作）
2. 卡表稀疏化，调整卡表条目粒度。