走进 JVM 之 GC

GC 知识点

主要分三个部分：

1. 如何判断该对象要回收（是垃圾）
2. 回收的算法有哪些？
3. 垃圾收集器

判断一个对象是否可以回收

1. 引用计数法

Python 采用该种算法，但是解决了相互引用的问题

为对象添加一个引用计数器，当对象增加一个引用时计数器加 1，引用失效时计数器减 1。引用计数为 0 的对象可被回收。

在两个对象出现循环引用的情况下，此时引用计数器永远不为 0，导致无法对它们进行回收。正是因为循环引用的存在，因此 Java 虚拟机不使用引用计数算法。

2. GC root（可达性算法）

从 GCroot 出发遍历，标记每个可访达的对象为活动对象，遍历不到的对象（Obj4）就会被接下来要讲的几种算法回收了。

GC root 可以是以下几种：

• Java 方法栈桢中的局部变量；
• 已加载类的静态变量；
• JNI handles；
• 已启动且未停止的 Java 线程。

多线程环境下，会产生误报和漏报。

误报：A 线程修改了访问，B 线程会导致垃圾也被标记了，不会被清除，造成内存浪费。

漏报：将仍被应用的对象标记为垃圾。

误报和漏报的理解：误报大不了不回收嘛，漏报比较严重。垃圾回收是先标记活的对象，后回收死的对象，那么如果标记好后，其它线程产生了垃圾，即将活的变死了，这种内存是不会释放的。另外，如果这时产生了新对象，由于没被标记为活的，所以被释放了，这就危险了。

Q：如何解决？（实际 JVM 虚拟机并不会出现这种情况）

A：Stop-the-world 以及安全点（安全词），垃圾回收线程工作时，其他非垃圾回收线程一律等待！

垃圾回收算法

1.标记 - 清除算法

利用 GC root 遍历到的标记（非垃圾），那么其余的就是垃圾了，直接把剩下的对象标记为空闲内存。

• 优点：标记和清除的过程效率不高
• 缺点：产生大量不连续碎片，就无法给大内存的对象分配空间了

2.标记 - 整理算法（压缩算法）

即把存活的对象聚集到内存区域的起始位置，从而留下一段连续的内存空间。

• 优点：结果是很美好的，拥有了连续的内存空间，所以一般老年代使用该种算法，因为老年代的频率明显比新生代低很多。
• 缺点：性能拉胯，毕竟要移动。（让我想到了为么 MySQL 用 b+ 树，而不用有序数组，因为数据量大的时候插入、删除、移动的效率太低下了）

3.复制算法

将内存划分为大小相等的两块（Java8 的中 S0、S1），每次只使用其中一块，当这一块内存用完了就将还存活的对象复制到另一块上面，然后再把使用过的内存空间进行一次清理。（有点像数组的 System.arraycopy，利用 from 和 to 两个指针）。

所以所谓的 S0 和 S1 是相互复制然后全标记的，都会成为「空」的空间和复制来的对象的空间。

主要的不足是每次 S0 和 S1 肯定有一块是空的，为了接下来的复制，所以也算是小浪费。

HotSpot 虚拟机的 Eden 和 Survivor 大小比例默认为 8:1，保证了内存的利用率达到 90%。如果每次回收有多于 10% 的对象存活，那么一块 Survivor 就不够用了，此时需要依赖于老年代进行空间分配担保，也就是借用老年代的空间存储放不下的对象。

4.分代收集算法

现在的商业虚拟机采用分代收集算法，它根据对象存活周期将内存划分为几块，不同块采用适当的收集算法。

一般将堆分为新生代和老年代。

• 新生代使用：复制算法
• 老年代使用：标记 - 清除 或者 标记 - 整理 算法

5.总结

先 Minor GC（Young GC），再 Major GC（Full GC）。S0/S1 交换 14 次后晋升至老年代（Java8 之后是元空间，位于本地内存），jvm 默认值是 15。

一般来说 OOM 是内存耗尽，也有超大内存（不多）的情况。

以上是我画的图，其中少了一步，当新生代晋升至老年代的时候失败怎么办？其实这里是执行 Major GC，也就是走下面的那条流程。

垃圾收集器

可以简单理解成新生代搞一个收集器，老年代搞一个收集器，Java8 默认的就是 Parallel + Parallel Old 收集器

1. 串行回收：Serial GC
2. 并行回收：Parallel GC：吞吐量高（因为并行，花费 GC 的时间少，所以可以让出时间给其他非 GC 线程），适用于科学计算。
3. 并发回收：CMS（ConcMarkSweep，并发标记清除）：其实有 STW，也有并行。后备方案是 Serial Old。而且是标记清除，会有碎片，会导致提前 Major GC；吞吐量低，但是适用是高并发、快速响应的场景。
4. Java9 之后的：G1，Java11 之后的：ZGC（在 G1 基础上），使命就是为了替换 CMS。

JVM 调优配了新生代，老年代会跟着配对应的垃圾收集器。

除了以上 4 种，主要还有以下 3 种：

1. Serial Old（已废弃）
2. ParNew
3. ParOld

G1 和 CMS 的区别：

1. G1 分块设计，会移动不同的内存对象。G1 虽然是标记清除算法，但是不会产生碎片
2. G1 可以设置 STW 的时间，假如设置太小，就会频繁 GC，降低吞吐量