Java填坑工程--JVM那些事儿之垃圾收集器
文章目录
Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人却想出来。
-----《深入理解Java虚拟机》
在Java填坑工程–JVM那些事儿之Java内存区域中阐述了Java运行时数据区域，Java语言本身也是支持内存动态分配的，那我们为什么还要了解GC和内存分配呢？（你品，你细品！）----因为当需要排查各种内存溢出、内存泄露问题时，当垃圾收集成为系统高并发量的瓶颈时，当找不到Bug百思不得其解的时候，我们需要进行必要的调控和调节，这就是理由。
一、垃圾收集器
垃圾收集器关注的是JVM中堆和方法区。
1、对象是否存活？
在大多数JVM中，使用可达性分析来判定对象是否存活。
可达性分析：通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。
搜索，是个动作；如图所示Object4、Object5、Object6到GC Roots是不可达的，判定为可以回收的对象。在java语言中，可作为GC Roots的对象包括：
- 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
- 方法区中类静态属性引用的对象。
- 方法区中常量引用的对象。
- 本地方法栈中JNI引用的对象
2、垃圾收集算法
我们既要能找到“垃圾”，也要有办法“消灭”垃圾。方法有如下三种：
标记-清除（Mark-Sweep）
标记-清除（Mark-Sweep）是最基础的收集算法，分为两个阶段：“标记”和“清除”。首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。执行过程如图所示：
从图中也能看出这种算法的缺点：一是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；二是空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。
复制(Copying)
复制(Copying)算法为了解决标记-清除的效率问题，将可用内存分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块，当这一块的内存使用完了，就将所有的存活对象复制到另一块，然后把使用过的内存空间一次清理掉。执行过程如图所示：
复制算法，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半。
标记-整理
复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率也会变低。有人提出了另外一种“标记-整理（Mark-Compact）”的算法，第一步也是先标记可回收对象，第二步让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。执行过程如图所示：没有绝对完美的算法，需要根据对象存活周期的不同对内存进行分代垃圾收集。一般把堆分为新生代和老年代，在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批的对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法；只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成回收。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行担保，就必须使用“标记-清除”或者“标记-整理”算法进行回收。
3、垃圾收集器
有了垃圾回收算法，垃圾收集器就是内存回收的具体实现。基于JDK1.7update14之后的HotSpot虚拟机包含的收集器如图所示：
图中两个收集器中间有连线，说明这两个收集器可以搭配使用。
Serial收集器
Serial收集器是一个单线程的收集器，在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。“Stop The World”的用户体验。Serial/Serial Old的运行过程如下：
ParNew收集器
ParNew收集器就是Serial收集器的多线程版本，ParNew/Serial Old收集器示意图如下：
Parallel Scavenge收集器
Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器， 它的目的是达到一个可控制的吞吐量。是一个“吞吐量优先”收集器。
Serial Old收集器
Serial Old收集器是Serial收集器的老年代版本，同样是一个单线程收集器，使用“标记-整理”算法，运行过程如图：
Parallel Old收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法。在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合，都可以优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器，其运行过程如下：
CMS收集器
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。是一款并发收集器，使得用户线程和收集线程同时工作。整个过程分为4个步骤：
- 初始标记
- 并发标记
- 重新标记
- 并发清除
运行过程如图：
其中，初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”，初始标记仅仅只是标记一下GCRoots能直接关联到的对象，速度很快，并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程，而重新标记阶段则是为了修正并发标记期间因用户程序继续运作导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录。所有，从总体上来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的。
G1收集器
G1（Garbage First）收集器与其他收集器有很大区别，它将整个堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然保留有新生代和老年代的概念，但他们都是一部分Region的集合。大致分为以下几个步骤：
- 初始标记
- 并发标记
- 最终标记
- 筛选回收
其运行过程如图：
二、 内存分配与回收策略
万事俱备只欠东风，如果把垃圾收集器比喻成工人，算法好比工具，那对象就是即将生产的产品，流水线已经搭好，那就让对象走起来。
1、对象优先在Eden区分配
对象的内存分配，就是在堆上分配，大多数情况下，对象主要分配在新生代的Eden区上，如果启动了本地线程分配缓冲，将按线程优先在TLAB上分配。当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机将进行一次Minor GC。
新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作
老年代GC（Major GC/Full GC）：指发生在老年代的垃圾收集动作
新生代的对象98%是“朝生夕死”的，新生代的内存区域分为一块较大的Eden区和两块较小的Survivor区，比例是8:1:1,当回收时，将Eden区和Survivor中还存活的对象一次性地复制到另外一块Survivor上，最后清理掉Eden和刚才使用过的Survivor空间。
2、大对象直接进入老年代
所谓的大对象是指需要大量连续内存空间的Java对象，比如长度很大的字符串或者数组
3、长期存活的对象将进入老年代
虚拟机对每个对象定义了一个对象年龄计数器，如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后任然存活在Survivor区中每“熬过”一次minor GC，年龄就增加一岁，当他的年龄增加到一定程度（默认15岁），就回晋升到老年代。虚拟机如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无须等到最大年龄。
以上便是关于垃圾收集器和内存动态分配，分享给大家~~
推荐书籍：