JVM垃圾回收算法 总结及汇总
先看一眼JVM虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存模型：
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1.方法區(qū) Perm（永久代、非堆）
2.虛擬機(jī)棧
3.本地方法棧 （Native方法）
4.堆
5.程序計(jì)數(shù)器
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1 首先的問(wèn)題是：jvm如何知道那些對(duì)象需要回收 ？
目前兩種標(biāo)識(shí)算法、三種回收算法、兩種清除算法、三種收集器
- 引用計(jì)數(shù)法
每個(gè)對(duì)象上都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)，對(duì)象每被引用一次，引用計(jì)數(shù)器就+1，對(duì)象引用被釋放，引用計(jì)數(shù)器-1，直到對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為0，對(duì)象就標(biāo)識(shí)可以回收
這個(gè)可以用數(shù)據(jù)算法中的圖形表示，對(duì)象A-對(duì)象B-對(duì)象C 都有引用，所以不會(huì)被回收，對(duì)象B由于沒(méi)有被引用，沒(méi)有路徑可以達(dá)到對(duì)象B，對(duì)象B的引用計(jì)數(shù)就就是0，對(duì)象B就會(huì)被回收。
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但是這個(gè)算法有明顯的缺陷，對(duì)于循環(huán)引用的情況下，循環(huán)引用的對(duì)象就不會(huì)被回收。例如下圖：對(duì)象A，對(duì)象B 循環(huán)引用，沒(méi)有其他的對(duì)象引用A和B，則A和B 都不會(huì)被回收。
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- root搜索算法
這種算法目前定義了幾個(gè)root，也就是這幾個(gè)對(duì)象是jvm虛擬機(jī)不會(huì)被回收的對(duì)象，所以這些對(duì)象引用的對(duì)象都是在使用中的對(duì)象，這些對(duì)象未使用的對(duì)象就是即將要被回收的對(duì)象。簡(jiǎn)單就是說(shuō)：如果對(duì)象能夠達(dá)到root，就不會(huì)被回收，如果對(duì)象不能夠達(dá)到root，就會(huì)被回收。
如下圖：對(duì)象D訪問(wèn)不到根對(duì)象，所以就會(huì)被回收
以下對(duì)象會(huì)被認(rèn)為是root對(duì)象：
- 被啟動(dòng)類(lèi)（bootstrap加載器）加載的類(lèi)和創(chuàng)建的對(duì)象
- jvm運(yùn)行時(shí)方法區(qū)類(lèi)靜態(tài)變量(static)引用的對(duì)象
- jvm運(yùn)行時(shí)方法去常量池引用的對(duì)象
- jvm當(dāng)前運(yùn)行線程中的虛擬機(jī)棧變量表引用的對(duì)象
- 本地方法棧中(jni)引用的對(duì)象
由于這種算法即使存在互相引用的對(duì)象，但如果這兩個(gè)對(duì)象無(wú)法訪問(wèn)到根對(duì)象，還是會(huì)被回收。如下圖：對(duì)象C和對(duì)象D互相引用，但是由于無(wú)法訪問(wèn)根，所以會(huì)被回收。
jvm在確定是否回收的對(duì)象的時(shí)候采用的是root搜索算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在root搜索算法的里面，我們說(shuō)的引用這里都指定的是強(qiáng)引用關(guān)系。所謂強(qiáng)引用關(guān)系，就是通過(guò)用new 方式創(chuàng)建的對(duì)象，并且顯示關(guān)聯(lián)的對(duì)象
[java]?view plain?copy以上就是代表的是強(qiáng)引用關(guān)系，變量obj 強(qiáng)引用了 Object的一個(gè)對(duì)象。
java里面有四種應(yīng)用關(guān)系，從強(qiáng)到弱分別為：
Strong Reference（強(qiáng)引用) –>Weak Reference (弱引用） -> Soft Reference（軟引用） – > Phantom Reference（引用）
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Strong Reference ： 只有在引用對(duì)象root不可達(dá)的情況下才會(huì)標(biāo)識(shí)為可回收，垃圾回收才可能進(jìn)行回收
Weak Reference ：即使在root算法中 其引用的對(duì)象root可達(dá)到，但是如果jvm堆內(nèi)存 不夠的時(shí)候，還是會(huì)被回收。
Soft Reference ： 無(wú)論其引用的對(duì)象是否root可達(dá)，在響應(yīng)內(nèi)存需要時(shí)，由垃圾回收判斷是否需要回收。
Phantom Reference ：在回收器確定其指示對(duì)象可另外回收之后，被加入垃圾回收隊(duì)列.
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標(biāo)記-清除
標(biāo)記清除的算法最簡(jiǎn)單，主要是標(biāo)記出來(lái)需要回收的對(duì)象，然后然后把這些對(duì)象在內(nèi)存的信息清除。如何標(biāo)記需要回收的對(duì)象，在上一篇文章里面已經(jīng)有說(shuō)明。
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標(biāo)記-清除-壓縮
這個(gè)算法是在標(biāo)記-清除的算法之上進(jìn)行一下壓縮空間，重新移動(dòng)對(duì)象的過(guò)程。因?yàn)闃?biāo)記清除算法會(huì)導(dǎo)致很多的留下來(lái)的內(nèi)存空間碎片，隨著碎片的增多，嚴(yán)重影響內(nèi)存讀寫(xiě)的性能，所以在標(biāo)記-清除之后，會(huì)對(duì)內(nèi)存的碎片進(jìn)行整理。最簡(jiǎn)單的整理就是把對(duì)象壓縮到一邊，留出另一邊的空間。由于壓縮空間需要一定的時(shí)間，會(huì)影響垃圾收集的時(shí)間。
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標(biāo)記-清除-復(fù)制
這個(gè)算法是吧內(nèi)存分配為兩個(gè)空間，一個(gè)空間（A）用來(lái)負(fù)責(zé)裝載正常的對(duì)象信息,，另外一個(gè)內(nèi)存空間（B）是垃圾回收用的。每次把空間A中存活的對(duì)象全部復(fù)制到空間B里面，在一次性的把空間A刪除。這個(gè)算法在效率上比標(biāo)記-清除-壓縮高，但是需要兩塊空間，對(duì)內(nèi)存要求比較大，內(nèi)存的利用率比較低。適用于短生存期的對(duì)象，持續(xù)復(fù)制長(zhǎng)生存期的對(duì)象則導(dǎo)致效率降低
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由于現(xiàn)在的處理器都是多核的，處理器的性能得到了極大的提升，所以在此基礎(chǔ)上有產(chǎn)生了幾種垃圾收集算法。主要包括兩種算法
- 并行標(biāo)記清除
所謂并行，就是原來(lái)垃圾回收只是一個(gè)線程進(jìn)行。現(xiàn)在創(chuàng)建多個(gè)垃圾回收線程。并行的進(jìn)行標(biāo)記和清除。比如把需要標(biāo)記的對(duì)象平均分配到多個(gè)線程之后，當(dāng)標(biāo)記完成之后，多個(gè)線程進(jìn)行清除。
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- 并發(fā)標(biāo)記清除
所謂并發(fā)，就是應(yīng)用程序和垃圾回收可以同時(shí)執(zhí)行。在標(biāo)記清除算法中，在標(biāo)記對(duì)象和清除對(duì)象，以及壓縮對(duì)象的情況下是需要暫停應(yīng)用的。那么并行標(biāo)記清除壓縮算法則是在標(biāo)記清除壓縮算法的基礎(chǔ)上，把標(biāo)記清除壓縮算法分為以下幾個(gè)過(guò)程
初始標(biāo)記->并發(fā)標(biāo)記->重新標(biāo)記->并發(fā)清除->重置
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以上幾種算法是垃圾回收的基本算法，jvm垃圾回收就是在以上幾種算法為基礎(chǔ)的，在以上幾種算法的基礎(chǔ)上，java垃圾回收器可以分為以下幾種：
- 串行收集器
用單線程處理所有垃圾回收工作，因?yàn)闊o(wú)需多線程交互，所以效率比較高。但是，也無(wú)法使用多處理器的優(yōu)勢(shì)，所以此收集器適合單處理器機(jī)器
單線程收集器。在目前多核服務(wù)器端運(yùn)行的情況下，效率比較低。比較適合堆內(nèi)存小的情況下使用。
- 并行收集器
用多線程處理所有垃圾回收工作，利用多核處理器的優(yōu)勢(shì)。但是如果線程數(shù)量過(guò)多，導(dǎo)致線程之間頻繁調(diào)度，也會(huì)影響性能。一半并行收集的線程是處理器的個(gè)數(shù)。
“對(duì)吞吐量有高要求”，多CPU、對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間無(wú)要求的中、大型應(yīng)用。舉例：后臺(tái)處理、科學(xué)計(jì)算。
- 并發(fā)收集器
并發(fā)收集器主要減少年老代的暫停時(shí)間，他在應(yīng)用不停止的情況下使用獨(dú)立的垃圾回收線程，跟蹤可達(dá)對(duì)象。在每個(gè)年老代垃圾回收周期中，在收集初期并發(fā)收集器 會(huì)對(duì)整個(gè)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)短的暫停（初始標(biāo)記的過(guò)程），在收集中還會(huì)再暫停一次。第二次暫停會(huì)比第一次稍長(zhǎng)（重新標(biāo)記的過(guò)程），在此過(guò)程中多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行垃圾回收工作。
并發(fā)收集器使用處理器換來(lái)短暫的停頓時(shí)間。在一個(gè)N個(gè)處理器的系統(tǒng)上，并發(fā)收集部分使用K/N個(gè)可用處理器進(jìn)行回收，一般情況下1<=K<=N/4。
在只有一個(gè)處理器的主機(jī)上使用并發(fā)收集器，設(shè)置為incremental mode模式也可獲得較短的停頓時(shí)間。
浮動(dòng)垃圾：由于在應(yīng)用運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收進(jìn)行完成時(shí)產(chǎn)生，這樣就造成了“Floating Garbage”，這些垃圾需要在下次垃圾回收周期時(shí)才能回收掉。所以，并發(fā)收集器一般需要20%的預(yù)留空間用于這些浮動(dòng)垃圾。
Concurrent Mode Failure：并發(fā)收集器在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)進(jìn)行收集，所以需要保證堆在垃圾回收的這段時(shí)間有足夠的空間供程序使用，否則，垃圾回收還未完成，堆空間先滿(mǎn)了。這種情況下將會(huì)發(fā)生“并發(fā)模式失敗”，此時(shí)整個(gè)應(yīng)用將會(huì)暫停，進(jìn)行垃圾回收。
并發(fā)收集器，在垃圾回收的時(shí)候采用并發(fā)標(biāo)記清除算法的收集器
對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求高的，多CPU，大型應(yīng)用。比如頁(yè)面請(qǐng)求/web服務(wù)器。前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)用的比較多。
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串行處理器：
--適用情況：數(shù)據(jù)量比較小（100M左右）；單處理器下并且對(duì)響應(yīng)時(shí)間無(wú)要求的應(yīng)用。
--缺點(diǎn)：只能用于小型應(yīng)用
并行處理器：
--適用情況：“對(duì)吞吐量有高要求”，多CPU、對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間無(wú)要求的中、大型應(yīng)用。舉例：后臺(tái)處理、科學(xué)計(jì)算。
--缺點(diǎn)：垃圾收集過(guò)程中應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間可能加長(zhǎng)
并發(fā)處理器：
--適用情況：“對(duì)響應(yīng)時(shí)間有高要求”，多CPU、對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間有較高要求的中、大型應(yīng)用。舉例：Web服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器、電信交換、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。
JDK5.0適用的分代垃圾回收算法
?????? 分代的垃圾回收策略，是基于這樣一個(gè)事實(shí)：不同的對(duì)象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對(duì)象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。
?????? 在Java程序運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的對(duì)象，其中有些對(duì)象是與業(yè)務(wù)信息相關(guān)，比如Http請(qǐng)求中的Session對(duì)象、線程、Socket連接，這類(lèi)對(duì)象跟業(yè)務(wù)直接掛鉤，因此生命周期比較長(zhǎng)。但是還有一些對(duì)象，主要是程序運(yùn)行過(guò)程中生成的臨時(shí)變量，這些對(duì)象生命周期會(huì)比較短，比如：String對(duì)象，由于其不變類(lèi)的特性，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的這些對(duì)象，有些對(duì)象甚至只用一次即可回收。
?????? 試想，在不進(jìn)行對(duì)象存活時(shí)間區(qū)分的情況下，每次垃圾回收都是對(duì)整個(gè)堆空間進(jìn)行回收，花費(fèi)時(shí)間相對(duì)會(huì)長(zhǎng)，同時(shí)，因?yàn)槊看位厥斩夹枰闅v所有存活對(duì)象，但實(shí)際上，對(duì)于生命周期長(zhǎng)的對(duì)象而言，這種遍歷是沒(méi)有效果的，因?yàn)榭赡苓M(jìn)行了很多次遍歷，但是他們依舊存在。因此，分代垃圾回收采用分治的思想，進(jìn)行代的劃分，把不同生命周期的對(duì)象放在不同代上，不同代上采用最適合它的垃圾回收方式進(jìn)行回收。
如何分代
如圖所示：
?????? 虛擬機(jī)中的共劃分為三個(gè)代：年輕代（Young Generation）、年老點(diǎn)（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。其中持久代主要存放的是Java類(lèi)的類(lèi)信息，與垃圾收集要收集的Java對(duì)象關(guān)系不大。年輕代和年老代的劃分是對(duì)垃圾收集影響比較大的。
年輕代：
????? 所有新生成的對(duì)象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標(biāo)就是盡可能快速的收集掉那些生命周期短的對(duì)象。年輕代分三個(gè)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè)Survivor區(qū)(一般而言)。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿(mǎn)時(shí)，還存活的對(duì)象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個(gè)中的一個(gè)），當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)滿(mǎn)時(shí)，此區(qū)的存活對(duì)象將被復(fù)制到另外一個(gè)Survivor區(qū)，當(dāng)這個(gè)Survivor去也滿(mǎn)了的時(shí)候，從第一個(gè)Survivor區(qū)復(fù)制過(guò)來(lái)的并且此時(shí)還存活的對(duì)象，將被復(fù)制“年老區(qū)(Tenured)”。需要注意，Survivor的兩個(gè)區(qū)是對(duì)稱(chēng)的，沒(méi)先后關(guān)系，所以同一個(gè)區(qū)中可能同時(shí)存在從Eden復(fù)制過(guò)來(lái) 對(duì)象，和從前一個(gè)Survivor復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個(gè)Survivor去過(guò)來(lái)的對(duì)象。而且，Survivor區(qū)總有一個(gè)是空的。同時(shí)，根據(jù)程序需要，Survivor區(qū)是可以配置為多個(gè)的（多于兩個(gè)），這樣可以增加對(duì)象在年輕代中的存在時(shí)間，減少被放到年老代的可能。
年老代：
????? 在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象，就會(huì)被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象。
持久代：
????? 用于存放靜態(tài)文件，如今Java類(lèi)、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒(méi)有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來(lái)存放這些運(yùn)行過(guò)程中新增的類(lèi)。持久代大小通過(guò)-XX:MaxPermSize=<N>進(jìn)行設(shè)置。
什么情況下觸發(fā)垃圾回收
由于對(duì)象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類(lèi)型：Scavenge GC和Full GC。
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（1）新生代上的GC實(shí)現(xiàn) ? Serial：單線程的收集器，只使用一個(gè)線程進(jìn)行收集，并且收集時(shí)會(huì)暫停其他所有 工作線程（Stop the world）。它是Client模式下的默認(rèn)新生代收集器。 ? ParNew：Serial收集器的多線程版本。在單CPU甚至兩個(gè)CPU的環(huán)境下，由于線程 交互的開(kāi)銷(xiāo)，無(wú)法保證性能超越Serial收集器。 ? Parallel Scavenge：也是多線程收集器，與ParNew的區(qū)別是，它是吞吐量優(yōu)先 收集器。吞吐量=運(yùn)行用戶(hù)代碼時(shí)間/(運(yùn)行用戶(hù)代碼+垃圾收集時(shí)間)。另一點(diǎn)區(qū)別 是配置-XX:+UseAdaptiveSizePolicy后，虛擬機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)整Eden/Survivor等參數(shù)來(lái) 提供用戶(hù)所需的吞吐量。我們需要配置的就是內(nèi)存大小-Xmx和吞吐量GCTimeRatio。 ? （2）老年代上的GC實(shí)現(xiàn) ? Serial Old：Serial收集器的老年代版本。 ? Parallel Old：Parallel Scavenge的老年代版本。此前，如果新生代采用PS GC的話， 老年代只有Serial Old能與之配合。現(xiàn)在有了Parallel Old與之配合，可以在注重吞吐量 及CPU資源敏感的場(chǎng)合使用了。 ? CMS：采用的是標(biāo)記-清除而非標(biāo)記-整理，是一款并發(fā)低停頓的收集器。但是由于 采用標(biāo)記-清除，內(nèi)存碎片問(wèn)題不可避免。可以使用-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 設(shè)置執(zhí)行幾次CMS回收后，跟著來(lái)一次內(nèi)存碎片整理。?
GC類(lèi)型?
GC有兩種類(lèi)型：Scavenge GC和Full GC。?
1. Scavenge GC?
一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就好觸發(fā)Scavenge GC，堆Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。?
2. Full GC?
對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：?
* Tenured被寫(xiě)滿(mǎn)?
* Perm域被寫(xiě)滿(mǎn)?
* System.gc()被顯示調(diào)用?
* 上一次GC之后Heap的各域分配策略動(dòng)態(tài)變化?
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http://m.blog.csdn.net/blog/zhao9tian/39121819 from:http://blog.csdn.net/xiaomin1991222/article/details/50981410
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的JVM垃圾回收算法 总结及汇总的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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