GC（垃圾回收）详解

基础：

1、引用计数法：无法解决循环引用的问题，不被java采纳

2、根搜索算法：从根结点扫描，只要这个对象在引用链中，那就是可触及的。

3、GC分为年轻代GC和老年代GC

4、新生代、老年代、元数据区

现代虚拟机中的垃圾搜索算法：

• 标记清除
• 复制算法（新生代）
• 标记压缩（老年代）

这三种算法都扩充了根搜索算法。

1、标记清除算法

概念： 标记清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。标记清除将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

• 标记阶段：首先通过根结点，标记所有从根节点开始的可达对象。因此未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。
• 清除阶段：在清除阶段，清除所有未被标记的对象。

实践： 在堆中的有效空间被耗尽时，就会停止整个程序（stop the world），然后进行标记清除。

• 标记：遍历所有的GC Roots，然后将所有的GC Roots可达的对象标记为存活的对象。
• 清除：清除的过程将遍历堆中的所有的对象，将没有标记的对象全部清除。

标记清除算法的缺点：

• 等待时间长（递归与全堆对象遍历），导致stop the world的时间很长。
• 不能解决内存碎片的问题

2、复制算法

概念： 将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中的一块。在垃圾回收的时候，将存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。

不适用于存活对象较多的场合，如老年代（复制算法适合做新生代的GC），和标记清除算法相比解决了内存碎片的问题。

复制算法的缺点：

• 空间浪费，复制算法每次都只对半区内存进行回收，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且重要的是要克服50%的内存浪费。
• 如果要应对所有对象都100%存活的极端情况，就必须要有很大的额外空间担保，所以这种算法不适用很多的对象存活率都很高的时候（老年代）。

新生代：Eden区、Surivor区（From区和to区）

现代商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，新生代中的对象98%都是“朝生夕死”的，所以并不需要1：1的比例来划分内存空间，而是将内存划分为一块比较大的Eden区和两块比较小的Surivor空间（From区和to区），每次使用Eden和其中一块Surivor。当回收的时候，先根据分代收集算法将年龄大的对象放入老年代，然后将Eden和Surivor中还存活着的对象一次性的复制到另一块Surivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Surivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Surivor的大小比例是8：1，也就是说，每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空间会被浪费。

当然，我们没法保证每次回收都只有不超过10%的对象存活，当Surivor空间不够用时，需要依赖于老年代进行分配，所以大对象直接进入老年代。如下图所示：

3、标记-整理算法

概念： 在标记-清除算法的基础上做了一些优化，和标记-清除算法一样，首先需要从根结点开始，对所有可达对象做一次标记。但是之后，将所有存活的对象压缩到内存一端，然后清理边界外所有的空间。

实践：

• 标记：遍历所有的GC Roots，然后将所有的GC Roots可达的对象标记为存活的对象。
• 整理：移动所有存活的对象，按照内存地址依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。

标记-压缩算法不仅可以弥补标记-清除算法的内存碎片问题，也消除了复制算法中，额外内存空间的问题。

标记-整理算法的缺点：

效率很低，不仅要标记所有存活的对象，还要整理所有存活对象的引用地址。效率是上面两个算法中最低的。

4、标记-清除算法、复制算法、标记整理算法的总结

效率： 复制算法>标记-整理算法>标记-清除算法

内存整齐度：复制算法=标记/整理算法>标记/清除算法。

内存利用率： 标记/整理算法=标记/清除算法>复制算法。

5、分代收集算法

概念： 根据对象的存活周期的不同，将堆内存划分为老年代和新生代。存活时间短的对象未新生代，寻获时间长的为老年代。

实践：

少量对象存活，适合复制算法，在新生代中，每次GC都会有大量对象死亡，那么就选择用复制算法。

大量对象存活，适合标记-清理\标记-压缩算法，在老年代中，对象存活率高，就用标记-清理\标记-压缩算法进行GC。

6、Stop-The_World

java中一种全局暂停的现象，全局停顿，所有代码停止，native代码可以执行，但不能和JVM交互。多半情况下时由于GC引起的。

危害：

• 长时间服务停止，没有响应（将用户正常工作的线程全部暂停掉）
• 比如上面的这主机和备机：现在是主机在工作，此时如果主机正在GC造成长时间停顿，那么备机就会监测到主机没有工作，于是备机开始工作了；但是主机不工作只是暂时的，当GC结束之后，主机又开始工作了，那么这样的话，主机和备机就同时工作了。主机和备机同时工作其实是非常危险的，很有可能会导致应用程序不一致、不能提供正常的服务等，进而影响生产环境。

7、GC时为什么会有全局停顿？

1、避免无法彻底清理干净

2、GC的工作必须在一个能确保一致性的快照中进行