轉載自??JVM 調優系列之圖解垃圾回收

摘要: jvm必知系列，總結一些常見jvm回收機制，方便查閱

從這篇開始我們開始探討一些jvm調優的問題。在jvm調優中一個離不開的重點是垃圾回收，當垃圾回收成為系統達到更高并發量的瓶頸時，我們就需要對jvm中如果進行“自動化”垃圾回收技術實施必要的監控和調節。

對于調優之前，我們必須要了解其運行原理，java 的垃圾收集Garbage Collection 通常被稱為“GC”，它誕生于1960年 MIT 的 Lisp 語言，經過半個多世紀，目前已經十分成熟了。因此本篇主要從這三個方面來了解:

1. 哪些對象需要被回收？

2. 什么時候回收？

3. 如何回收？

誰要被回收

java虛擬機在執行java程序的過程中會把它所管理的內存劃分為若干個不同是數據區域，這些區域有各自各自的用途。主要包含以下幾個部分組成：

程序計數器

程序計數器占用的內存空間我們可以忽略不計，它是每個線程所執行的字節碼的行號指示器。

虛擬機棧

java的虛擬機棧是線程私有的，生命周期和線程相同。它描述的是方法執行的內存模型。同時用于存儲局部變量、操作數棧、動態鏈接、方法出口等。

本地方法棧

本地方法棧，類似虛擬機棧，它調用的是是native方法。

堆

堆是jvm中管理內存中最大一塊。它是被共享，存放對象實例。也被稱為“gc堆”。垃圾回收的主要管理區域

方法區

方法區也是共享的內存區域。它主要存儲已被虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、即時編譯器（jit）編譯后的代碼數據。

以上就是jvm在運行時期主要的內存組成，我們看到常見的內存使用不但存在于堆中，還會存在于其他區域，雖然堆的管理對程序的管理至關重要，但我們不能只局限于這一個區域，特別是當出現內存泄露的時候，我們除了要排查堆內存的情況，還得考慮虛擬機棧的以及方法區域的情況。

知道了要對誰以及那些區域進行內存管理，我還需要知道什么時候對這些區域進行垃圾回收。

什么時候回收

在垃圾回收之前，我們必須確定的一件事就是對象是否存活？這就牽扯到了判斷對象是否存活的算法了。

引用計數算法

給對象中添加一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器+1，當引用失效，計數器-1.任何時刻計數器為0的對象就是不可能再被使用的。

優點：實現簡單，判定效率高效，被actionscript3和python中廣泛應用。

缺點：無法解決對象之間的相互引用問題。java沒有采納

可達性分析算法

通過一系列稱為“GC Roots”的對象作為起始點，從這些節點開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當一個對象到GCRoots沒有任何引用鏈相連的時候，則證明此對象是不可用的。

比如如下，右側的對象是到GCRoot時不可達的，可以判定為可回收對象。

在java中，可以作為GCRoot的對象包括以下幾種：

* 虛擬機棧中引用的對象。

* 方法區中靜態屬性引用的對象。

* 方法區中常量引用的對象。

* 本地方法中JNI引用的對象。

基于以上，我們可以知道，當當前對象到GCRoot中不可達時候，即會滿足被垃圾回收的可能。

那么是不是這些對象就非死不可，也不一定，此時只能宣判它們存在于一種“緩刑”的階段，要真正的宣告一個對象死亡。至少要經歷兩次標記：

第一次：對象可達性分析之后，發現沒有與GCRoots相連接，此時會被第一次標記并篩選。

第二次：對象沒有覆蓋finalize（）方法，或者finalize（）方法已經被虛擬機調用過，此時會被認定為沒必要執行。

如何回收

上述的兩點講解之后，我們大概明白了，哪些對象會被回收，以及回收的依據是什么，但回收的這個工作實現起來并不簡單。

首先它需要掃描所有的對象，鑒別誰能夠被回收，其次在掃描期間需要 ”stop the world“ 對象能被凍結，不然你剛掃描，他的引用信息有變化，你就等于白做了。

分代回收

我們從一個object1來說明其在分代垃圾回收算法中的回收軌跡。

1、object1新建，出生于新生代的Eden區域。

2、minor GC，object1 還存活，移動到Fromsuvivor空間，此時還在新生代。

3、minor GC，object1 仍然存活，此時會通過復制算法，將object1移動到ToSuv區域，此時object1的年齡age+1。

4、minor GC，object1 仍然存活，此時survivor中和object1同齡的對象并沒有達到survivor的一半，所以此時通過復制算法，將fromSuv和Tosuv 區域進行互換，存活的對象被移動到了Tosuv。

5、minor GC，object1 仍然存活，此時survivor中和object1同齡的對象已經達到survivor的一半以上（toSuv的區域已經滿了），object1被移動到了老年代區域。

6、object1存活一段時間后，發現此時object1不可達GcRoots，而且此時老年代空間比率已經超過了閾值,觸發了majorGC（也可以認為是fullGC，但具體需要垃圾收集器來聯系），此時object1被回收了。fullGC會觸發 stop the world。

在以上的新生代中，我們有提到對象的age，對象存活于survivor狀態下，不會立即晉升為老生代對象，以避免給老生代造成過大的影響，它們必須要滿足以下條件才可以晉升：

1、minor gc 之后，存活于survivor 區域的對象的age會+1，當超過（默認）15的時候，轉移到老年代。

2、動態對象，如果survivor空間中相同年齡所有的對象大小的綜合和大于survivor空間的一半，年級大于或等于該年級的對象就可以直接進入老年代。

以上采用分代垃圾收集的思想，對一個對象從存活到死亡所經歷的歷程。期間，在新生代的時刻，會用到復制算法，在老年代時，有可能會用到標記-清楚算法（mark-sweep）算法或者標記-整理算法，這些都是垃圾回收算法基于不同區域的實現，我們看下這幾種回收算法的實現原理。

垃圾回收算法

標記清除法（Mark-Sweep）

標記清除法是垃圾回收算法的思想基礎。標記清除算法將垃圾分為兩個階段：標記階段和清除階段。

標記階段，通過根節點，標記所有從根節點開始的可達對象，未標記過的對象就是未被引用的垃圾對象。

清除階段，清除所有未被標記的對象。

復制算法（Copying）

復制算法是，將原有的內存空間分為兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時，將正在適用的內存中存活對象復制到未使用的內存塊，然后清除使用的內存塊中所有的對象。

標記壓縮算法（Mark-Compact）

標記壓縮算法是一種老年代的回收算法。

標記階段和標記清除算法一致，對可達對象做一次標記。

清理階段，為了避免內存碎片產生，將所有的存活對象壓縮到內存的一端。

垃圾收集器

垃圾收集器是內存回收的具體實現，不同的廠商提供的垃圾收集器有很大的差別，一般的垃圾收集器都會作用于不同的分代，需要搭配使用。以下是各種垃圾收集器的組合方式：

各種組合的優缺點：

以上優缺點來自：http://www.importnew.com/23752.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的JVM 调优系列之图解垃圾回收的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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