深入理解JVM垃圾回收機制
1、垃圾回收需要解決的問題及解決的辦法總覽
- 1、如何判定對象為垃圾對象
- 引用計數法
- 可達性分析法
- 2、如何回收
- 回收策略
- 標記-清除算法
- 復制算法
- 標記-整理算法
- 分帶收集算法
- 垃圾回收器
- serial
- parnew
- Cms
- G1
- 回收策略
- 3、何時回收
下面就是如何判定對象為垃圾對象
2、引用計數法
在對象中添加一個引用計數器，當有地方引用這個對象的時候，引用技術器得值就+1，當引用失效的時候，計數器得值就-1
算法缺點:當某個引用被收集時，下個引用並不會清0，因此不被回收造成內存泄露。
下面我們運行實例代碼來看，JVM在循環引用時，是否能被收集(如果回收了就說明垃圾回收器用的不是引用計數法)。
如果想打印日志信息，請填入如下參數。
-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails
其中我們需要將每個對象的所占內存擴大，因此我們聲明一個大點的空間。
測試實驗代碼如下：
public class A {
private Object instance;
public A() {
byte[] m = new byte[20*1024*1024];
}
public static void main(String[] args) {
A a1 = new A();
A a2 = new A();
a1.instance=a2;
a2.instance=a1;
a1=null;
a2=null;
System.gc();
//parallel 默認采用的垃圾回收器
}
}
運行結果如下所示:
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 22446K->648K(37888K)] 42926K->21136K(123904K), 0.0011193 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 648K->0K(37888K)] [ParOldGen: 20488K->519K(86016K)] 21136K->519K(123904K), [Metaspace: 2632K->2632K(1056768K)], 0.0074751 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]
Heap
PSYoungGen total 37888K, used 328K [0x00000000d6000000, 0x00000000d8a00000, 0x0000000100000000)
eden space 32768K, 1% used [0x00000000d6000000,0x00000000d6052030,0x00000000d8000000)
from space 5120K, 0% used [0x00000000d8000000,0x00000000d8000000,0x00000000d8500000)
to space 5120K, 0% used [0x00000000d8500000,0x00000000d8500000,0x00000000d8a00000)
ParOldGen total 86016K, used 519K [0x0000000082000000, 0x0000000087400000, 0x00000000d6000000)
object space 86016K, 0% used [0x0000000082000000,0x0000000082081fd8,0x0000000087400000)
Metaspace used 2638K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 281K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K
這里我們會看到 22446K->648J這里，我們的對象被回收了，這就說明我們JVM采用的垃圾回收算法並不是引用計數法。
3、可達性分析法
算法如名，可達性分析法就是從GCroot結點開始，看能否找到對象。
GCroot結點開始向下搜索，路徑稱為引用鏈，當對象沒有任何一條引用鏈鏈接的時候，就認為這個對象是垃圾，並進行回收。
那么什么是GCroot呢(虛擬機在哪查找GCroot)。
- 虛擬機棧(局部變量表)
- 方法區的類屬性所引用的對象。
- 方法區中常量所引用的對象。
- 本地方法棧中引用的對象。
目前主流JVM采用的垃圾判定算法就是可達性分析法。
至此垃圾判定算法結束
垃圾回收算法開始
4、標記-清除算法
存在的問題:
- 效率問題。
- 內存小塊過多。
如圖所示：黃色的就是被標記清除的。清除后會發現有很多多余的小塊。
5、復制算法
下面是java內存常規划分
- (線程共有)堆內存 方法區
- (棧內存 本地方法棧) 程序計數器
下面是堆內存的划分
- 新生代
- Eden 伊甸園
- Survivor 存活區
- Tenured Gen 養老區
- 老年代
下面就是過程：
被標記的黑色就是需要回收的
將白色區域復制下面，然后清空上面的
這樣就完成了內存的連續分配，但是引來一個問題。
每次只能使用一半的內存。是不是有點少。。
為了解決這個問題，我們對內存就進行了划分。
我們對內存分為了三塊區域。
| 內存區域 | 所占百分比 |
|---|---|
| Eden | 80% |
| survivor | 10% |
| Tenured Gen | 一點點 |
復制算法，我們需要將上面的思路，將Eden中需要回收的對象放到Survivor，然后清除。
也就是倆個Survivor中進行復制與清除。
這里我們即提高了效率，又減少了內存分配。
如果Survivor不夠放，那就扔到老年代里，或者其他方法，反正有內存擔保。
6、標記-整理算法
復制算法主要針對新生代內存收集方法。
標記-整理算法主要針對的是老年代內存收集方法。
主要步驟：標記-整理-清除
如下圖所示
然后將右面的進行刪除計科達到回收效果。
7、分代收集算法
分代收集算法是根據內存的分代選擇不同的算法。
對於新生代，一般選擇復制算法。
對於老年代，一般選擇標記-整理-清除算法。
顯而易見，這是上面倆種算法的優點糅合在一起的應用。
至此我們總結了所有垃圾回收算法。
下面就是各種出名的垃圾收集器
8、Serial收集器
特點：
- 出現的最早的，發展最悠久的垃圾收集器。
- 單線程垃圾收集器。
- 主要針對新生代內存進行收集
運行機制如下所示
缺點：慢
用處：在客戶端上運行還是比較有效。沒有線程的開銷，所以在客戶端還是比較好用的。
9、ParNew收集器
特點：
- 由單線程變成了多線程垃圾收集器。
- 如果要用CMS進行收集的話，最好采用ParNew收集器。
實現原理都是復制算法。
缺點：
- 性能較慢
10、Parallel Scavenge 收集器
主用算法：復制算法(新生代收集器)
吞吐量 = （執行用戶代碼消耗的時間）/（執行用戶代碼的時間）+ 垃圾回收時所占用的時間
優點：吞吐量優化（CPU用於運行用戶代碼的時間與CPU消耗的總時間的比值）
關於控制吞吐量的參數如下
-XX:MaxGCPauseMills #垃圾收集器的停頓時間
-XX:GCTimeRatio #吞吐量大小
當停頓時間過小時，內存對應變小，回收的頻率增大。因此第一個參數需要設置的合理才比較好。
第二個參數值越大，吞吐量越大，默認是99，（垃圾回收時間最多只能占到1%）
總的來說：客戶端可用，服務端最好不用。
11、CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）
采用算法:標記清除算法。
- 工作過程：
- 初始標記
- 並發標記
- 重新標記
- 並發清理
- 優點：
- 並發收集
- 低停頓
- 缺點：
- 占用大量的CPU資源
- 無法處理浮動垃圾
- 出現ConcurrentMode Failure
- 空間碎片
CMS是一個並發的收集器。
目標是：減少延遲，增加響應速度
執行效果如下所示：
- 初始標記
- 可達性分析法
- 重新標記
- 為了修正並發期間，因對象重新運作而修正
- 並發清理
- 直接清除了
12、G1收集器（面向服務端）
最牛的垃圾收集器。
- 歷史
-2004年Sun發表了第一篇G1的論文，到2006年左右，在JDK6內集成進去了。JDK7才放出來。 - 優勢
- 集中了前面所有收集器的優點
- G1能充分利用了多核的並行特點，能縮短停頓時間。
- 分代收集（分成各種Region）
- 空間整合（類似於標記清理算法）
- 可預測的停頓（）。
- 步驟
- 初始標記
- 並發標記
- 最終標記
- 篩選回收
13、小結：
至此我們就已經掌握了大部分GC的知識。這可不是一個小工程，希望要好好吸收知識。。