02JVM_垃圾回收GC

二、垃圾回收GC

在堆里面存放着java的所有对象实例，当对象为“死去”，也就是不再使用的对象，就会进行垃圾回收GC

1.如何判断对象可以回收

1.1引用计数器

介绍

在对象中添加一个引用计数器，当一个对象被其他变量引用时这个对象的引用计数器加1。当某个变量不再引用这个对象时引用计数器减1。当这个引用计数变为0时，这个对象就会被垃圾回收。

优点

判定效率很高

缺点

不完全准确，当两个对象相互引用就判断失效了。当A引用B对象，B引用A对象，然后A和B不再被其他变量引用，垃圾不会回收，出现了垃圾回收失效。

1.2可达性分析算法（Java）

介绍

①要确定一个根对象GC Roots（肯定不会被垃圾回收的对象）作为起始节点，当垃圾回收前会对堆对象进行扫描，判断这些对象是否被根对象引用，如果没有被引用那么这个对象就可以垃圾回收。

②java虚拟机是通过可达性分析判断存活对象

哪些对象可以作为GC Root?

①虚拟机栈中引用的对象

各个线程调用的方法（参数，局部变量）

②本地方法栈中native方法引用的对象

③方法区中类静态属性引用的对象

Java类的引用类型静态变量

④方法区中常量引用的对象

字符串常量池StringTable里的引用

⑤所有被同步锁synchronized持有的对象

⑥java虚拟机内部的引用，核心类

1.3四种引用

1.强引用-不回收

介绍

程序代码中普遍存在的引用赋值“Object obj = new Object()”这种引用关系。

特点

不回收，只要沿着GC Root引用链能够找到这个对象，这个对象就不会被垃圾回收。

2.软引用-内存不足回收

介绍

软引用（间接引用）是一些还有用但非必需的对象，当被软引用关联的对象，系统发生内存溢出钱，会把这些对象列进回收范围进行二次回收。如果这次回收没有足够的内存，会抛出内存溢出异常

特点

当垃圾回收后，此时内存仍不够，软引用关联的对象会进行垃圾回收（内存不够才回收）

3.弱引用-发现就回收

介绍

弱引用是一些还有用但非必需的对象，生存到下一次垃圾回收为止。在系统进行垃圾回收时，发现弱引用，不管系统堆空间是否充足，都会回收软引用关联的对象。

特点

当发生垃圾回收时，弱引用关联的对象都会被回收。（内存不管够不够都回收）

4.虚引用-对象回收跟踪

介绍

当虚引用对象创建时会关联一个引用队列。虚引用在创建时必须提供引用队列作为参数。当垃圾回收准备回收一个对象时，如果发现他是虚引用，在垃圾回收后把这个虚引用加入引用队列，通知应用程序对象的回收情况。

5.终结器引用-引用队列配合

介绍

用于实现对象的finalize()方法。当终结器对象创建时会关联一个引用队列。当准备回收一个对象时，发现是终结器引用，会把终结器引用对象放入引用队列（此时对象没回收）。由Finalizer线程调用该对象的finalize()方法，第二次垃圾回收就会回收此对象。

2.垃圾回收算法

2.1标记清除

什么时候垃圾回收

扫描整个堆对象的过程中，如果发现对象被GC Root引用了，需要保留。如果这个对象没有被GC Root引用，就要进行垃圾回收。

标记清除算法的两个阶段

①把没有引用的对象标记为垃圾。

②把垃圾对象占用的空间释放，清除

③释放不是空间清0，而是把起始地址记录下来，然后将来把创建的新对象存储这个位置

优点

垃圾回收速度快

缺点

产生内存碎片

2.2标记整理

标记整理两个阶段

①把没有引用的对象标记为垃圾

②把可用的对象向前移动，让内存更加紧凑。连续的空间变多。

优点

没有内存碎片

缺点

对象整理过程中需要移动，垃圾回收效率低。

2.3复制

复制两个阶段

①把没有引用的对象标记为垃圾

②把活着的内存分为两块from区和to区。把from区存活的对象复制到to区。然后清空from区，然后交换from和to的位置

优点

没有内存碎片

缺点

占用双倍内存空间

3.分代垃圾回收

介绍

垃圾回收时，JVM结合3种算法协程工作。通过分代的垃圾回收机制，把堆内存划分为2块新生代和老年代，新生代（对象用完丢弃）划分为3个区域：伊甸园，幸存区From，幸存区To。

老年代（对象长时间使用） 不同的区域，算法不同。

 

工作机制

①创建新的对象占用伊甸园的内存空间，当伊甸园内存满时，触发垃圾回收Minor GC。沿着GC Roots引用链去找，如果对象没有被引用，就进行垃圾标记。然后采用复制的算法把伊甸园存活的对象复制到幸存区To中，并且对象寿命加1。然后交换from和to的位置。

 ②当伊甸园内存空间再次溢出时，触发第二次垃圾回收Minor GC。沿着GC Roots根引用链进行扫描伊甸园和幸存区。把存活的对象复制到幸存区To中，并且对象寿命加1。然后交换from和to的位置。

 ③幸存区的对象寿命超过了阈值15，对象利用率高。晋升到老年代。（对象长时间使用）

 ④当新生代和老年代内存要溢出时，触发Full GC垃圾回收。

总结

①对象首先分配在伊甸园区域

②新生代空间不足时，触发Minor gc。伊甸园和from存活的对象，使用复制算法copy到to中。存活的对象年龄加1.交换from和to。

③minor gc会引发stop the world暂停其他用户的线程。垃圾回收结束，用户恢复运行。

④当对象寿命超过阈值时，会晋升到老年代，最大寿命是15

⑤老年代空间不足，触发Minor gc内存仍不足，那么full gc.

相关JVM参数

4.垃圾回收器

4.1串行垃圾回收器

介绍

①单线程垃圾回收器

②堆内存较小，适合个人电脑

③开启串行垃圾回收器 -XX:+UseSerialGC = Serial + SerialOld

Serial工作新生代，复制算法

SerialOld 工作在老年代，标记整理算法

工作流程

当堆内存要溢出时，触发垃圾回收。让其他线程在安全点停止下来，等待垃圾回收线程的结束。

 

4.2吞吐量优先：并行

介绍

①多线程

②堆内存较大，多核cpu支持

③让单位时间内，STW时间最短

工作流程

多核CPU中，有4个线程运行。当堆内存要溢出时，触发了垃圾回收。用户线程在安全点停止。此时的垃圾回收器会开启多个线程（跟CPU核数相关）进行垃圾回收。然后恢复其他线程的运行。

相关参数

-XX:+UseParallelGC ~ -XX：+UseParallelOldGC  开启吞吐量优先垃圾回收器

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy  自适应大小策略，新生代

-XX:GCTimeRatio=ratio  调整吞吐量

-XX:MaxGCPauseMillis=ms 最大暂停毫秒数

-XX:ParallelGCThreads=n 运行时线程数

4.3响应时间优先

介绍

①多线程

②堆内存交大，多核cpu支持

③尽可能让单次STW时间变短

相关参数

-XX:+UseConcMarkSweepGC~-XX:+UseParNewGC~SerialOld 开启响应时间优先回收器

-XX:ParallelGCThreads=n~-XX:ConcGCThreads=threads 线程数

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent 何时进行垃圾回收

-XX:+CMSScavengeBeforeRemark 新生代垃圾回收

工作流程

当老年代发生内存泄漏，其他线程到达安全点暂停下来，垃圾回收器执行初始标记，用户线程恢复运行。垃圾回收线程进行并发标记，然后进行重新标记工作。垃圾回收线程进行并发清理。

5.G1垃圾回收器

简介

Garbage First

JDK 9默认

适用场景

①同时注重吞吐量和低延迟，默认暂停目标是200ms

②超大堆内存，会将堆划分多个大小相等的Region

③整体上是标记+整理算法，两个区域之间是复制算法。

相关JVM参数

-XX:+UseG1GC 开启G1垃圾回收

-XX:G1HeapRegisonSize=size 设置划分区域的大小

-XX:MaxGCPauseMills=time JVM最大暂停时间的目标值

5.1 G1垃圾回收阶段

1.Young Collection 新生代垃圾收集

①、G1会把堆内存划分成多个相等的区域。每个区域独立作为伊甸园，幸存区，老年代

②、新创建的对象会存储在伊甸园，当伊甸园内存满时会触发新生代垃圾回收机制，会STW。

③、伊甸园存活的对象使用copy算法到幸存区。

④、当幸存区的内存溢出时，触发新生代垃圾回收。幸存区对象存活年龄超过一定时间会晋升到老年代

2. Young Collection+Concurrent Mark新生代垃圾收集+并发标记

①在Young GC时进行GC Root的初始标记

②老年代占用堆空间比例达到阈值时，进行并发标记（不会STW）

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=percent(默认45%)

3.Mixed Collection混合收集

介绍

会对E、S、O进行全面垃圾回收

①最终标记会STW

②拷贝存活会STW

-XX：MaxGCPauseMillis=ms

E：伊甸园区的存活对象通过复制算法到幸存区中

S：幸存区存活的对象复制到另一个幸存区，符合晋升条件的到老年区

O：老年代区把存活对象复制到另一个老年代区

优先收集垃圾最多的区，目的是达到暂停时间段的目标

5.2 Full GC     

1.SerialGC

①新生代内存不足发生的垃圾收集—minor gc

②老年代内存不足发生的垃圾收集—full gc

2.ParallelGC

①新生代内存不足发生的垃圾收集—minor gc

②老年代内存不足发生的垃圾收集—full gc

3.CMS

①新生代内存不足发生的垃圾收集—minor gc

②老年代内存不足，并发失败后才会full gc。

4.G1

①新生代内存不足发生的垃圾收集—minor gc

②老年代内存不足，老年代内存跟堆内存占比达到45%，触发并发标记和混合收集阶段。回收速度>垃圾产生速度，并发垃圾收集阶段。回收速度<垃圾产生速度，此时是full gc

5.3Young Collection跨代引用

1.新生代回收的跨代引用(老年代引用新生代)

①根对象有部分是来自老年代，老年代存活对象比较多，遍历效率低。所以采用CardTable把老年代区域进行细分成一个个的card。每个card是512k。如果老年代的对象引用了新生代的对象，就会把这个card标记为脏卡。只关注脏卡，减少搜索范围。

 ②脏卡引用了新生代的对象。新生代通过Remembered Set知道对应的脏卡。通过脏卡区域遍历GC Roots

5.4 Remark-重新标记

并发标记阶段的对象处理状态

 

黑色已经处理完成，存活的对象。灰色是处理当中的。白色是尚未处理的垃圾。

在并发标记阶段可能出现B对C引用，接着断开后C成为垃圾，然后A对C引用。此时C被判成垃圾了。

这个时候需要用到remark

Remark:对对象进行进一步检查，当对象引用发生改变时，会给引用提供一个写屏障（将C加入队列），接着进入重新标记阶段，对队列对象进行检查，有强引用的不标记为垃圾。

5.5 JDK8 u20字符串去重

指令

-XX:+UseStringDeduplication

规则

①将所有新分配的字符串放入一个队列

②当新生代回收时，G1并发检查是否有字符串重复

③如果值一样，让他们引用同一个char[]

优缺点

优点：节约大量内存

缺点：多占用CPU时间，新时代回收时间略微增加

跟String.intern()不一样

①String.intern()关注的是字符串对象

②字符串去重关注的是char[]

③JVM内部使用不同的字符串表

5.6 JDK8 u40并发标记类卸载

所有对象都经过并发标记后，知道哪些类不再使用。当一个类加载器所有类不再使用，则卸载它所加载的所有类

-xx:+ClassUnloadingWithConcurrentMark默认启用

5.7 JDK8 u60 回收巨型对象

①一个对象大于region的一半时，成为巨型对象。

②G1不会对巨型对象进行拷贝

③回收时优先考虑

④G1会跟踪老年代所有incoming引用。这样老年代incoming引用为0的巨型对象在新生代垃圾回收处理掉。

5.8 JDK9 并发标记起始时间的调整

①并发标记必须在堆空间占满前完成，否则退化为FullGC

②JDK 9之前需要使用 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent

③JDK 9可以调整：

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 用来设置初始值

进行数据采样并动态调整

总会添加一个安全的空挡空间