JVM學習筆記（四）

文章目錄

• JVM學習筆記（四）
• • 筆記鏈接
  • 1.GC算法
  • • 1.1GC-判斷對象是否可回收
    • • 1.1.1 引用計數(shù)法
      • 1.1.1 可達性分析
    • 1.2GC-回收算法
    • • 標記清除法(Mark-Sweep)
      • 標記整理法（Mark-Compact）
      • 復制算法（copy）
      • 1.2.1 分代收集算法（重點）
      • • 1. 新生代和復制算法
        • 2. 老年代與標記整理算法
      • 分區(qū)收集算法
  • 2.GC垃圾收集器
  • • 2.1 垃圾收集器的種類
    • 2.2 Serial垃圾收集器
    • 2.3 ParNew垃圾收集器
    • 2.4 Parallel Scavenge 收集器
    • 2.5 Serial Old收集器
    • 2.6 Parallel Old收集器
    • 2.7 CMS 收集器
    • 2.8 G1收集器

筆記鏈接

JVM學習筆記（一）
JVM學習筆記（二）
JVM學習筆記（三）
JVM學習筆記（四）

（待更新…）

1.GC算法

1.1GC-判斷對象是否可回收

1.1.1 引用計數(shù)法

? 在 Java 中，引用和對象是有關聯(lián)的。顯然引用計數(shù)法，即一個對象如果沒有任何與之關聯(lián)的引用，即他們的引用計數(shù)為 0，則說明對象不太可能再被用到，那么這個對象就是可回收對象。

方案： 給對象維護一個引用計數(shù)器，當有一個地方引用到它，則計數(shù)器加1，當有引用失效，則計數(shù)器減1，當為0時，說明沒有地方引用到這個對象。

• 優(yōu)點： 實現(xiàn)簡單、效率高
• 缺點： 無法解決循環(huán)引用。（致命缺點）

循環(huán)引用問題： 假設棧中有兩引用A,B，對應堆中的對象分別為a,b，而對象a,b中有相互指向的引用C和D，現(xiàn)在A=null，B=null，棧中已經(jīng)沒有引用指向對象a和b，但對象中C和D引用相互指向，所以a,b無法釋放。

如圖效果：

1.1.1 可達性分析

為了解決引用計數(shù)法的循環(huán)引用問題，Java 使用了可達性分析的方法。

通過一系列的“GC roots”對象作為起點搜索。如果在“GC roots”和一個對象之間沒有可達路徑，則稱該對象是不可達的。要注意的是，不可達對象不等價于可回收對象，不可達對象變?yōu)榭苫厥諏ο笾辽僖?jīng)過兩次標記過程。兩次標記后仍然是不可達對象，則將面臨回收。

圖片：

圖中的a,b對象將會被回收。

1.2GC-回收算法

標記清除法(Mark-Sweep)

法如其名，分為兩個階段，標注和清除。標記階段標記出所有需要回收的對象，清除階段回收被標記的對象所占用的空間。

• 缺點： 內存碎片化。

如圖：

標記整理法（Mark-Compact）

標記階段和 Mark-Sweep 算法相同，標記后不是清理對象，而是將存活對象移向內存的一端。然后清除端邊界外的對象。

如圖：

復制算法（copy）

按內存容量將內存劃分為等大小的兩塊。每次只使用其中一塊，當這一塊內存滿后將尚存活的對象復制到另一塊上去，把已使用的內存清掉。回顧：GC中minor GC用的算法。

• 優(yōu)點： 內存效率高，不易產(chǎn)生碎片

• 缺點： 浪費一定量的空間（要找地方放復制的對象）

圖片：

1.2.1 分代收集算法（重點）

現(xiàn)在絕大部分的JVM在使用的算法，其實就是根據(jù)堆的老年代和新生代而劃分使用上面三種GC中的某幾種。老生代的特點是每次垃圾回收時只有少量對象需要被回收，新生代的特點是每次垃圾回收時都有大量垃圾需要被回收，因此可以根據(jù)不同區(qū)域選擇不同的算法。

1. 新生代和復制算法

新生代通常使用復制算法，From和To區(qū)域就是這樣來的，以為復制算法需要交換區(qū)來保存存活對象。為新生代中每次垃圾回收都要回收大部分對象，即要復制的操作比較少，但通常并不是按照 1：1 來劃分新生代。而是按照8：1：1來劃分（這個是HotSpot虛擬機的默認比例）。o(￣▽￣)ブ，來回顧一下前面的筆記：

由于頻繁創(chuàng)建對象，所以新生代會頻繁觸發(fā)MinorGC 進行垃圾回收。當 Eden 區(qū)內存不夠的時候就會觸發(fā) MinorGC，對新生代區(qū)進行一次垃圾回收。MinorGC使用的是復制算法，過程如下：

MinorGC會把Eden Space+From Space掃描一邊

掃描過后將存活的對象復制到 To Space 區(qū)域，并對對象的年齡進行+1

然后清空Eden Space+From Space的對象

最后，將To Space和From Space標志互換（不移動對象，區(qū)域的標志更換，就是To變成From），To Space等待下次MinorGC的回收。

2. 老年代與標記整理算法

老年代因為每次只回收少量對象，因而一般采用 Mark-Compact 算法。老樣子回顧一下，這次整合一下：

MinorGC會把Eden Space+From Space掃描一邊

掃描過后將存活的對象復制到 To Space 區(qū)域，并對對象的年齡進行+1

然后清空Eden Space+From Space的對象

最后，將To Space和From Space標志互換（不移動對象，區(qū)域的標志更換，就是To變成From），To Space等待下次MinorGC的回收。

當老年區(qū)滿了以后（一般以為MinorGC后存活的對象無法放到老年區(qū)），垃圾回收器會對老年區(qū)進行清理。

標記老年區(qū)中的存活對象后，將存活對象移向內存的一端。

然后清除端邊界外的對象。

分區(qū)收集算法

分區(qū)算法則將整個堆空間劃分為連續(xù)的不同小區(qū)間, 每個小區(qū)間獨立使用, 獨立回收.。

2.GC垃圾收集器

? 堆內存被劃分為新生代和年老代兩部分，新生代主要使用復制和標記-清除垃圾回收算法；年老代主要使用標記-整理垃圾回收算法，因此 java 虛擬中針對新生代和年老代分別提供了多種不同的垃圾收集器。垃圾回收器是GC的執(zhí)行者，所以前面的筆記并沒有特別說明Full GC和Major GC是指定用那種算法進行回收，其實不同垃圾回收器對不同的區(qū)域進行垃圾回收，而且不同垃圾回收器使用的算法并不完全一致。下面我就要介紹垃圾回收器的種類。o(￣▽￣)ブ

2.1 垃圾收集器的種類

垃圾回收器主要分三大類：

• 新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
• 老年代收集器：CMS、Serial Old、Parallel Old
• 整堆收集器： G1

HotSpot JVM （JDK1.6）的垃圾回收器情況圖

2.2 Serial垃圾收集器

Serial是最基本垃圾收集器，Serial使用的算法和線程類型如下：

• 算法： 復制算法
• 線程： 單線程
• 區(qū)域： 新生代

Serial 是一個單線程的收集器，**在進行垃圾收集的同時，必須暫停其他所有的工作線程，直到垃圾收集結束。(多CPU下也如此)**Serial 垃圾收集器雖然在收集垃圾過程中需要暫停所有其他的工作線程，但是它簡單高效，對于限定單個 CPU 環(huán)境來說，沒有線程切換的開銷。單核單CPU的情況下可以獲得最高的單線程垃圾收集效率。

Serial和Serial Old執(zhí)行過程如下圖：

2.3 ParNew垃圾收集器

? ParNew 垃圾收集器其實是 Serial 收集器的多線程版本，也使用復制算法，除了使用多線程進行垃圾收集之外，其余的行為和 Serial 收集器完全一樣。

• 算法： 復制算法
• 線程： 多線程
• 區(qū)域： 新生代

ParNew 收集器默認開啟和 CPU 數(shù)目相同的線程數(shù)，可以通過下面JVM參數(shù)調節(jié)

-XX:ParallelGCThreads

ParNew垃圾收集器是很多 java虛擬機運行在 Server 模式下新生代的默認垃圾收集器。

2.4 Parallel Scavenge 收集器

Parallel Scavenge 收集器也是一個新生代垃圾收集器，在垃圾收集過程中也是需要暫停所有的工作線程有以下特點：

• 算法： 復制算法
• 線程： 多線程
• 調節(jié)策略： 自適應調節(jié)策略（根據(jù)吞吐量控制）
• 區(qū)域： 新生代

Parallel Scavenge是一種非常高效的垃圾收集器，它使用吞吐量來控制垃圾回收的時間，吞吐量公式如下：

$$吞吐量=\frac{運行用戶代碼shi間}{運行用戶代碼時間+垃圾收集時間}$$

高吞吐量可以最高效率地利用 CPU 時間，盡快地完成程序的運算任務，主要適用于在后臺運算而不需要太多交互的任務。Parallel Scavenge追求的是高吞吐量。自適應調節(jié)策略也是 ParallelScavenge 收集器與 ParNew 收集器的一個重要區(qū)別。

2.5 Serial Old收集器

Serial Old 是 Serial 垃圾收集器年老代版本，老年代一般使用標志整理算法（Mark-compact），跟Serial 垃圾收集器一樣，是單線程，也一樣要停掉其他線程的運行。運行在 Serial Old是Client 默認的 java 虛擬機默認的老年代垃圾收集器，跟Serial不同，Serial是Client 默認的 java 虛擬機默認的新生代垃圾收集器。

• 算法： 標志整理算法
• 線程： 單線程
• 區(qū)域： 老年代

Serial和Serial Old執(zhí)行過程如下圖：

2.6 Parallel Old收集器

從名字上就知道，Parallel Old 收集器是Parallel Scavenge的年老代版本，行為上跟Parallel Scavenge基本一樣，而算法不同。Parallel Old 正是為了在年老代同樣提供吞吐量優(yōu)先的垃圾收集器。

• 算法： 標志整理算法
• 線程： 多線程
• 區(qū)域： 老年代
• 提供時間： JDK1.6

Parallel Scavenge 和Parallel Old 搭配運行過程圖：

2.7 CMS 收集器

Concurrent mark sweep（CMS）收集器是老年代垃圾收集器，主要目標是獲取最短垃圾回收停頓時間，使用的算法跟其他老年代的垃圾收集器有所不同，使用的是標記清除算法。一般用在一些交互比較高的程序，最短時間的停頓，能有效確保交互程序和用戶交互的體驗。

• 算法： 標志清除算法
• 線程： 多線程
• 區(qū)域： 老年代

CMS工作機制：

初始標記：只是標記一下 GC Roots 能直接關聯(lián)的對象，速度很快，但暫停所有的工作線程。

并發(fā)標記：進行 GC Roots 跟蹤的過程，和用戶線程一起工作。

重新標記：為了修正在并發(fā)標記期間，因用戶程序繼續(xù)運行而導致標記產(chǎn)生變動的那一部分對象的標記記錄，仍然需要暫停所有的工作線程。

并發(fā)清除：清除 GC Roots 不可達對象，和用戶線程一起工作，不需要暫停工作線程。

各階段的耗時：

• 初始標記：耗時短（簡易標志，速度快）
• 并發(fā)標記：耗時較長（跟蹤）
• 重新標記：耗時短（補全并發(fā)標記時，程序變化的那部分，標記量小）
• 并發(fā)清除：耗時較長（清除）

結論：總體上來看CMS 收集器的內存回收和用戶線程是一起并發(fā)地執(zhí)行。

工作過程圖：

2.8 G1收集器

Garbage First(G1)是垃圾收集領域的最新成果，同時也是HotSpot在JVM上力推的垃圾收集器，并賦予取代CMS的使命。

找到兩篇很好的博客
https://blog.csdn.net/renfufei/article/details/41897113.

https://blog.csdn.net/coderlius/article/details/79272773.

G1的設計原則是"首先收集盡可能多的垃圾(Garbage First)"。因此，G1并不會等內存耗盡(串行、并行)或者快耗盡(CMS)的時候開始垃圾收集，而是在內部采用了啟發(fā)式算法，在老年代找出具有高收集收益的分區(qū)進行收集。同時G1可以根據(jù)用戶設置的暫停時間目標自動調整年輕代和總堆大小，暫停目標越短年輕代空間越小、總空間就越大；

G1采用內存分區(qū)(Region)的思路，將內存劃分為一個個相等大小的內存分區(qū)，回收時則以分區(qū)為單位進行回收，存活的對象復制到另一個空閑分區(qū)中。由于都是以相等大小的分區(qū)為單位進行操作，因此G1天然就是一種壓縮方案(局部壓縮)；

G1雖然也是分代收集器，但整個內存分區(qū)不存在物理上的年輕代與老年代的區(qū)別，也不需要完全獨立的survivor(to space)堆做復制準備。G1只有邏輯上的分代概念，或者說每個分區(qū)都可能隨G1的運行在不同代之間前后切換；

G1的收集都是STW的，但年輕代和老年代的收集界限比較模糊，采用了混合(mixed)收集的方式。即每次收集既可能只收集年輕代分區(qū)(年輕代收集)，也可能在收集年輕代的同時，包含部分老年代分區(qū)(混合收集)，這樣即使堆內存很大時，也可以限制收集范圍，從而降低停頓。
. G1雖然也是分代收集器，但整個內存分區(qū)不存在物理上的年輕代與老年代的區(qū)別，也不需要完全獨立的survivor(to space)堆做復制準備。G1只有邏輯上的分代概念，或者說每個分區(qū)都可能隨G1的運行在不同代之間前后切換；

G1的收集都是STW的，但年輕代和老年代的收集界限比較模糊，采用了混合(mixed)收集的方式。即每次收集既可能只收集年輕代分區(qū)(年輕代收集)，也可能在收集年輕代的同時，包含部分老年代分區(qū)(混合收集)，這樣即使堆內存很大時，也可以限制收集范圍，從而降低停頓。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM学习笔记（四）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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