轉(zhuǎn)載自? ?Java的GC機(jī)制及算法

GC的階段?
對(duì)每個(gè)對(duì)象而言，垃圾回收分為兩個(gè)階段：finalization和reclamation。?

• finalization: 指運(yùn)行這個(gè)對(duì)象的finalize的方法。
• reclamation: 回收被這個(gè)對(duì)象使用的內(nèi)存。

GC的過(guò)程的基本步驟 ?

• 首先確認(rèn)對(duì)象是不可達(dá)的，即將被回收。
• 其次，如果對(duì)象有finalize方法，那么對(duì)象被添加進(jìn)finalization queue中；然后在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)finalize方法被調(diào)用以釋放finalize中的資源。
• 最后，回收對(duì)象占用的內(nèi)存。

關(guān)于finalize方法的問(wèn)題 ?

• finalize方法使得GC過(guò)程做了更多的事情，增加的GC的負(fù)擔(dān)。
• 如果某個(gè)對(duì)象的finalize方法運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，它會(huì)使得其他對(duì)象的finalize方法被延遲執(zhí)行。
• finalize方法中如果創(chuàng)建了strong reference引用了其他對(duì)象，這會(huì)阻止此對(duì)象被GC。
• finalize方法有可能以不可確定的順序執(zhí)行（也就是說(shuō)要在安全性要求嚴(yán)格的場(chǎng)景中盡量避免使用finalize方法）。
• 不確保finalize方法會(huì)被及時(shí)調(diào)用，也許程序都退出了，但是finalize方法還沒被調(diào)用。

對(duì)象引用的類型 ?

• Reference(or named Strong Reference)（?強(qiáng)引用）：普通類型的引用。
• SoftReference（?軟引用）：被這種引用指向的對(duì)象，如果此對(duì)象沒要再被其他Strong Reference引用的話，可能在任何時(shí)候被GC。雖然是可能在任何時(shí)候被GC，但是通常是在可用內(nèi)存數(shù)比較低的時(shí)候，并且在程序拋出OutOfMemoryError之前才發(fā)生對(duì)此對(duì)象的GC。SoftReference通常被用作實(shí)現(xiàn)Cache的對(duì)象引用，如果這個(gè)對(duì)象被GC了，那么他可以在任何時(shí)候再重新被創(chuàng)建。另外，根據(jù)JDK文檔中介紹，實(shí)際JVM的實(shí)現(xiàn)是鼓勵(lì)不回收最近創(chuàng)建和最近使用的對(duì)象。SoftReference?類的一個(gè)典型用途就是用于內(nèi)存敏感的高速緩存。
• WeakReference（弱引用）：如果一個(gè)被WeakReference引用的對(duì)象，當(dāng)沒要任何SoftReference和StrongReference引用時(shí)，立即會(huì)被GC。和SoftReference的區(qū)別是：WeakReference對(duì)象是被eagerly collected，即一旦沒要任何SoftReference和StrongReference引用，立即被清楚；而只被SoftReference引用的對(duì)象，不回立即被清楚，只有當(dāng)內(nèi)存不夠，即將發(fā)生OutOfMemoryError時(shí)才被清除，而且是先清除不常用的。SoftReference適合實(shí)現(xiàn)Cache用。WeakReference 類的一個(gè)典型用途就是規(guī)范化映射（ canonicalized mapping ）
• PhantomReference（虛引用）：當(dāng)沒有StrongReference，SoftReference和WeakReference引用時(shí)，隨時(shí)可被GC。通常和ReferenceQueue聯(lián)合使用，管理和清除與被引用對(duì)象（沒有finalize方法）相關(guān)的本地資源。

衡量GC的指標(biāo)（GC Metrics） ?

• Throughput（吞吐量）：所有沒有花在執(zhí)行GC上的時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的比重。
• Pauses（暫停）：當(dāng)GC在運(yùn)行時(shí)程序的暫停次數(shù)。或者是在感興趣的暫停次數(shù)中，暫停的平均時(shí)長(zhǎng)和最大時(shí)長(zhǎng)。
• Footprint（足跡？）：當(dāng)前使用的堆內(nèi)存大小。
• Promptness（及時(shí)性）：不再使用的對(duì)象多久能被清除掉并釋放其內(nèi)存。

通用GC算法 ?
Java所使用的所有的GC算法都是通用GC算法概念的變種。?
通用GC算法的假設(shè)：?

• 最近創(chuàng)建的對(duì)象很可能很快就不可達(dá)了（unreachable，即可被回收了），比如方法內(nèi)部聲明的本地變量，當(dāng)程序運(yùn)行出了本地變量的作用范圍后，本地變量引用的對(duì)象就很快不可達(dá)了。
• 一個(gè)對(duì)象保持可達(dá)（reachable）的越久就越不可能被回收。

在Java GC中，對(duì)象被劃分為generations（代）或spaces（空間）。Java把對(duì)象分為young（年輕代），tenured（年老代）和perm（永久代）。在GC過(guò)程中，對(duì)象從一個(gè)space（空間）移動(dòng)到另一個(gè)space。?
Object Spaces（對(duì)象空間） ?

• Young：年輕代中保存著剛創(chuàng)建的對(duì)象，這個(gè)代中的對(duì)象能夠“minor” or “major” 收集中被回收。
• Tenured：年老代中保存著從年輕代中幸存下來(lái)的對(duì)象，只能夠在“major”中被回收。
• Perm：永久代中保存著JVM所需的對(duì)象，比如Class對(duì)象和Method對(duì)象，以及他們的字節(jié)碼和內(nèi)部字符串等。對(duì)Perm中的對(duì)象GC意味著所有的Class都被卸載了。

每塊空間的大小由當(dāng)前的對(duì)內(nèi)存大小決定，并且能夠在運(yùn)行時(shí)改變。每個(gè)空間之間的關(guān)系如下圖所示：?
?

Young Spaces（年輕空間） ?

• Eden space：存儲(chǔ)自從上次GC完畢之后新創(chuàng)建的對(duì)象，除了屬于Perm的對(duì)象。當(dāng)minor collection發(fā)生時(shí)，Eden space中的對(duì)象或者GC清理掉，或者被移到survivor space。
• Survivor spaces：這個(gè)空間中存儲(chǔ)的是自從上次GC幸存下來(lái)的young object。在minor GC中，這些對(duì)象或者被GC清理掉，或者被移到另外一個(gè)survivor空間中。

Minor collections和Major collections ?

• Minor collection當(dāng)young space被占滿時(shí)執(zhí)行。它比major collections快，因?yàn)閙inor collection僅僅檢查major collection相應(yīng)的一個(gè)子集對(duì)象。minor collection比major collection發(fā)生的頻率高。
• Major collection當(dāng)tenured space被占滿時(shí)執(zhí)行。他會(huì)清理tenured和young。

GC運(yùn)行的三種方式 ?
在java5和java6中有4中垃圾回收的算法，有一種算法將不再支持，剩余的三種垃圾回收算法是： serial , throughput ?and? concurrent low pause 。?

• Stop the world（停止所有程序的方式）：在這種方式運(yùn)行的GC，在GC完成前，JVM中的所有程序都不允許運(yùn)行。Serial collector此時(shí)做minor和major收集。Throughput collector此時(shí)做major collector。
• Incremental（增量運(yùn)行方式）：目前沒要Java GC算法支持這種運(yùn)行方式。GC以這種方式運(yùn)行時(shí)，GC允許程序做一小段時(shí)間的工作，然后做垃圾回收工作。
• Concurrent（并行運(yùn)行）：Throughput collector此時(shí)做minor collect，Concurrent low pause collector此時(shí)做minor和major收集。在這種運(yùn)行方式下，GC和程序并行的運(yùn)行，因此程序僅僅被短暫的暫停。

GC算法 ?

• Serial算法: 使用-XX:+UseSerialGC開啟此算法的GC。GC使用和應(yīng)用程序相同的線程去做minor collection和major collection。
• Throughput：使用-XX:+UseParallelGC開啟此算法GC。GC使用多線程去做minor collection以減少程序停止的時(shí)間。但是對(duì)于major collection，還是使用同程序相同的線程去做。當(dāng)具有多核cpu時(shí)，并且程序有大量的短生命周期的對(duì)象時(shí)，并且對(duì)程序停頓時(shí)間不限制時(shí)較好。
• Concurrent Low Pause: 使用-XX:+UseConcMarkSweepGC開啟此算法GC。使用多線程去做minor和major collection。當(dāng)具有多核cpu，并且程序有大量的長(zhǎng)生命周期的對(duì)象，并且對(duì)程序停頓時(shí)間有限制時(shí)，效果較好。

什么時(shí)候發(fā)生GC ?
GC發(fā)生的時(shí)刻受堆內(nèi)存大小的影響。如果堆內(nèi)存小，GC會(huì)執(zhí)行的很快，但是又會(huì)很快的被填滿，因此GC比頻繁；如果堆內(nèi)存很大，GC會(huì)執(zhí)行的較慢，而且不會(huì)很快被填滿，因此執(zhí)行的比較頻率比較低。?

基本的GC調(diào)試 ?
throughput goal -XX:GCTimeRatio=n： 表示花費(fèi)總時(shí)間百分之多少的CPU時(shí)間去運(yùn)行程序。?
maximum pause time goal -XX:MaxGCPauseMillis=n：每次GC時(shí)程序暫停最多多少毫秒。?
footprint goal：如果其他目標(biāo)都達(dá)到了，那么首先減少heap size，直到前兩個(gè)goal不再滿足，然后再慢慢增加。直到滿足前面兩個(gè)goal。?
-Xms=n (starting) and -Xmx=n (maximum) heap size，這兩個(gè)參數(shù)應(yīng)該都很熟悉，就是JVM使用的最小堆內(nèi)存數(shù)和最大堆內(nèi)存數(shù)。?
-XX:MinHeapFreeRatio=n, -XX:MaxHeapFreeRatio=n：最小和最大的空閑堆內(nèi)存和被使用堆內(nèi)存的比例。當(dāng)空閑堆內(nèi)存比例小于MinHeapFreeRatio時(shí)，內(nèi)存空間開始擴(kuò)展。當(dāng)空閑堆內(nèi)存比例大于MaxHeapFreeRatio時(shí)，內(nèi)存空間開始減小。?
-XX:NewSize=n, -XX:MaxNewSize=n：默認(rèn)的young space的大小（包括eden + survivor 1 + survivor 2）。?
-XX:NewRatio=n：young和tenured的比例。?
-XX:SurvivorRatio=n：每個(gè)survivor space 和 eden之間的比例。?
-XX:MaxPermSize=n：perm的最大size。?
-XX:TargetSurvivorRatio=n：每次GC之后幸存下來(lái)的空間的目標(biāo)比例。?
-XX:+DisableExplicitGC：當(dāng)此參數(shù)打開時(shí)，在程序中調(diào)用System.gc()將會(huì)不起作用。默認(rèn)是off。?
-XX:+ScavengeBeforeFullGC：當(dāng)打開此參數(shù)時(shí)，在每次major collection時(shí)先執(zhí)行一次minor collection。默認(rèn)打開。?
-XX:+UseGCOverheadLimit：當(dāng)打開此參數(shù)時(shí)，如果總運(yùn)行時(shí)間的98％的時(shí)間都在做GC，則拋出OutOfMemmoryError。默認(rèn)打開。?

參考資料： http://java.ociweb.com/mark/other-presentations/JavaGC.pdf ?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java的GC机制及算法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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