JAVA开发（JAVA垃圾回收的几种常见算法）

JAVA GC 是JAVA虚拟机中的一个系统或者说是一个服务，专门是用于内存回收，交还给虚拟机的功能。

JAVA语言相对其他语言除了跨平台性，还有一个最重要的功能是JAVA语言封装了对内存的自动回收。俗称垃圾回收器。所以有时候我们不得不承认，我们写的每一行JAVA代码都是垃圾！

那么JAVA虚拟机中，对应内存的回收常见的有哪些的呢。 我知道的有：

标记清除法、标记整理算法、复制清除、分代收集；其中最常用的是分代收集。

标记清除法：

示意图：

初始状态是一块空白未被使用的内存。java语言类中声明的对象运行，在堆中使用内存块。红的和绿的部分。

过了一段时间，垃圾回收器工作，检测哪些对象在使用，哪些对象不使用了进行标记。绿色部分为存活对象，红色部分为被标记。

然后将红色可回收的对象，清除释放内存。

优点：效率很高，快速。

缺点：使内存碎片化，不方便分配大内存。

标记整理算法：

示意图：

 标记整理法比标记法多做一步工作，就是标记清除后，对碎片进行整理，移动。空出更大的内存块。

优点：尽可能空闲出较大块的内存块。

缺点：垃圾回收器比较忙碌。在移动内存对象过程中，消耗性能和效率。

复制清除：

示意图：

  
复制清除法可用内存一分为二，每次只用一块，当这一块内存不够用时，便触发 GC，将当前存活对象复制(Copy)到另一块上，以此往复 Java 对象的存活时间极短。
Java 对象高达 98% 是朝生夕死的，这也意味着每次 GC 可以回收大部分的内存，需要复制的数据量也很小，这样它的执行效率就会很高。

优点：效率高

缺点：只能使用50%的内存。

分代收集法：

示意图:

 分代收集法：

根据对象一般都是先在 Eden区创建
当Eden区满，触发 Young GC，此时将 Eden中还存活的对象复制到 S0中，并清空 Eden区后继续为新的对象分配内存
当Eden区再次满后，触发又一次的 Young GC，此时会将 Eden和S0中存活的对象复制到 S1中，然后清空Eden和S0后继续为新的对象分配内存
每经过一次 Young GC，存活下来的对象都会将自己存活次数加1，当达到一定次数后，会随着一次 Young GC 晋升到 Old区
Old区也会在合适的时机进行自己的 GC。

新生代（Young generation）
绝大多数新创建的对象都会被分配到这里，这个区域触发的垃圾回收称之为：Minor GC 。

空间结构：
默认情况下，新生代（Young generation）、老年代（Old generation）所占空间比例为 1 : 2 。
它被分成三个空间：
· 1个伊甸园空间（Eden）
· 2个幸存者空间（Fron Survivor、To Survivor）
默认情况下，新生代空间的分配：Eden : Fron : To = 8 : 1 : 1
为什么要这样的布局？是因为新生代里的对象绝大多数是朝生夕死的，非常适合使用标记-复制算法，后面的回收算法章节会详细说。

新生代GC收集的执行顺序如下：
1、绝大多数新创建的对象会存放在伊甸园空间（Eden）。
2、在伊甸园空间执行第 1 次GC（Minor GC）之后，存活的对象被移动到其中一个幸存者空间（Survivor）。
3、此后每次 Minor GC，都会将 Eden 和 使用中的Survivor 区域中存活的对象，一次性复制到另一块空闲中的Survivor区，然后直接清理 Eden 和 使用过的那块Survivor 空间。
4、从以上空间分配我们知道，Survivor区内存占比很小，当空闲中的Survivor空间不够存放活下来的对象时，这些对象会通过分配担保机制直接进入老年代。
5、在以上步骤中重复N次（N = MaxTenuringThreshold（年龄阀值设定，默认15））依然存活的对象，就会被移动到老年代。
从上面的步骤可以发现，两个幸存者空间，必须有一个是保持空的。
我们需要重点记住的是，新创建的对象，是保存在伊甸园空间的（Eden）。那些经历多次GC依然存活的对象会经由幸存者空间（Survivor）转存到老年代空间（Old generation）。
也有例外出现，对于一些大的对象（指需要占用大量连续内存空间的对象）则直接进入到老年代。
Java提供了 -XX:PretenureSizeThreshold 来指定对象大于这个值，直接分配到老年代。

老年代（Old generation）
对象在新生代周期中存活了下来的，会被拷贝到这里。通常情况下这个区域分配的空间要比新生代多。正是由于对象经历的GC次数越多越难回收，加上相对大的空间，发生在老年代的GC次数要比新生代少得多。这个区域触发的垃圾回收称之为：Major GC 或者 Full GC
老年代空间的构成其实很简单，它不像新生代空间那样划分为几个区域，它只有一个区域，里面存储的对象并不像新生代空间里绝大部分都是朝闻道，夕死矣。这里的对象几乎都是从Survivor 空间中熬过来的，它们绝不会轻易狗带。因此，Major GC 或 Full GC 发生的次数不会有 Minor GC 那么频繁。
2、老年代使用的是标记-整理算法，清理完成内存后，还得把存活的对象重新排序整理成连续的空间，成本更高。

优点：低频率触发GC，更好的触发内存回收。

下面才是重点：知道了原理那怎么使用或者制定使用GC。java虚拟机中有很多种GC，我们可以通过配置指定，语法：

java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:UseParallelGC -XX:ParallelGCThreans = 20

             -Xmx3800m:最大堆大小

　　　　　　-Xms3800m:初始堆大小,此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。

　　　　　　-Xmn2g: 设置年轻代大小为2G。整个JVM内存大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

　　　　　　-Xss128k:设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，

　　　　　　不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

　　　　　　-XX:+UseParallelGC:选择垃圾收集器为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即该配置下，年轻代使用并发收集，而年老代仍旧使用串行收集。

　　　　　　-XX:ParallelGCThreans = 20：配置并行收集器的线程数，即：同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值的配置最好与处理器数目相等。

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    常见配置汇总

　　　　-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况

　　　　-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数

　　　　-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数

　　　　-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间

　　　　-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)

　　　　-XX:+PrintGC

　　　　-XX:+PrintGCDetails

　　　　-XX:+PrintGCTimeStamps

　　　　-Xloggc:filename

　　　　-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器

　　　　-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器

　　　　-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器

　　　　-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器

　　　　-Xms:初始堆大小

　　　　-Xmx:最大堆大小

　　　　-XX:NewSize=n:设置年轻代大小

　　　　-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4

　　　　-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5

　　　　-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小

　　　　堆设置

　　　　收集器设置

　　　　垃圾回收统计信息

　　　　并行收集器设置

　　　　并发收集器设置

　　调优总结

　　　　-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩

　　　　-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩

　　　　-XX:MaxHeapFreeRatio=30

　　　　响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时

　　间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率

　　　　吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。

　　　　并发垃圾收集信息

　　　　持久代并发收集次数

　　　　传统GC信息

　　　　花在年轻代和年老代回收上的时间比例

　　　　响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。

　　　　吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能到达Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用。

　　　　年轻代大小选择

　　　　年老代大小选择

　　　　较小堆引起的碎片问题

　　　　　　因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：

　　　　-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时，开启对年老代的压缩

　　　　-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩

　　　　-XX:MaxHeapFreeRatio=30