Java基础---JVM垃圾回收机制

一些基础概念问题就不写了此处略去一万字，一个小萌新的自我救赎之路哈哈哈（学会了锚点怎么用下面不管三七二十一先用一下）

一、GC算法（垃圾回收器是算法的落地实现）

1.引用计数
2.标记清楚
3.复制算法
4.标记整理

引用计数：

因为其存在相互引用的严重缺陷已弃用，此处就不详谈了

标记清除：

这是最基础的垃圾回收算法，之所以说它是最基础的是因为它最容易实现，思想也是最简单的。标记-清除算法分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。标记阶段的任务是标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就是回收被标记的对象所占用的空间。（标记的过程其实就是检查哪些对象能被外界访问的可达性分析算法的过程，遍历所有的GC Roots对象，对从GC Roots对象可达的对象都打上一个标识，一般是在对象的header中，将其记录为可达对象。）

缺点:
1、效率问题。标记和清除两个阶段的效率都不高，因为这两个阶段都需要遍历内存中的对象，很多时候内存中的对象实例数量是非常庞大的，这无疑很耗费时间，而且GC时需要停止应用程序，这会导致非常差的用户体验。
2、空间问题。标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片（从上图可以看出），内存空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾回收动作。

复制算法：

此算法的提出是为了解决上面标记算法存在内存碎片的缺陷。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。这就是我们新生代中所采用的的算法，也即说明了为什么有两个Survive区，且其中的from 、TO两个区是可以交替的说到这里再加深下记忆young区的比例为8:1:1
　
缺点:
1、将内存缩小为原来的一半，浪费了一半的内存空间，代价太高；
2、如果对象的存活率很高，极端一点的情况假设对象存活率为100%，那么我们需要将所有存活的对象复制一遍，耗费的时间代价也是不可忽视的。

标记整理：

是在标记清除法基础上做了优化，把存活的对象压缩到内存一端，然后直接清理掉端边界以外的内存（老年代使用的就是标记压缩法）

分代收集算法：

个人认为分代收集算法就是上面三种算法的一种合理应用，没有最好的算法只有更合适的算法。根据每个分区不同的特性采取了最适合其的垃圾回收算法（我还是个小白可能理解有误。。。。不过这个文章不会让别人看到吧。。。。。。。感觉自己在写日记）
说道这里稍微说一下1.8之后heap的变化

元空间：

其实从JDK1.7开始就已经在逐渐取代之前的永久代，这个东西好像是因为oracle收购了两家做JVM的公司合并后的结果。。。。。个人观点可能并不准确。说到这里提一下常量池的变化因为他们之间有一定的关联。1.6版本时常量池在方法区、1.7常量池在堆、1.8常量池转移到元空间如果文中有什么错误希望大家纠正毕竟我是个小白。

元空间特点：

在逻辑分区上元空间在heap中，其实从物理内存角度分析元空间和堆并没有太大关联。因为元空间在物理内存上是与堆分离的。堆占用的是虚拟机内存，而元空间占用的是本地物理内存。

二、GC回收器

先放两张关系图

串行收集器(Serial):

Serial/Serial Old收集器是最基本最古老的收集器，它是一个单线程收集器，并且在它进行垃圾收集时，必须暂停所有用户线程。Serial收集器是针对新生代的收集器，采用的是Copying算法，Serial Old收集器是针对老年代的收集器，采用的是Mark-Compact算法。它的优点是实现简单高效，但是缺点是会给用户带来停顿。不适合服务器场景。

并行收集器(Parallel)

多个垃圾收集线程并行进行工作，此时用户是暂停的。适用于科学计算，大数据处理。

CMS并发收集器(concurrent mark sweep)

一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，它是一种并发收集器，采用的是Mark-Sweep算法。互联网公司多用此收集器，适用于对响应时间有要求的场景。

JAVA8之前主要是上诉三种垃圾回收器

G1收集器(1.7开始准备1.8正式上线)

将堆分割为不同的区域（就像上面图一样的你懂的一块一块的）然后并发对其进行垃圾回收

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx华丽的分割线xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

从java9开始默认垃圾回收器改为G1
java11推出更高版本的ZGC（这个东东我还不了解）
好多旧的文章中提到G1是最前沿的垃圾回收器，当今早已经不是了。我个小白好像没资格谈这些。。。。

垃圾收集器详解

接下来我们深入了解下各种垃圾回收器的实际应用
首先我们用命令来看一下默认的垃圾回收器是什么 :java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

如图我们可以清楚的看到默认使用的是ParallelGC,本菜鸟环境是1.8的特此说明一下
我们可以通过 -XX:+UseSerialGC 来更改JVM的垃圾回收器（查看是否修改成功：jinfo -flags UseSerialGC PID ）这里就不截图演示了可以自己试试哈。

1.Serial/Serial Old
2.ParNew
3.Parallel Scavenge
4.Parallel Old
5.CMS
6.G1
上面就是常用的7大垃圾回收器，但是Serial Old已基本废弃，下面我们具体说说其搭配使用，文章开头也有其组合关系图， 飞雷神之术，可以返回去看一下

上图让我们看一下不同分区所对应的垃圾回收器：

写到这里需要提醒大家：JVM server / client 两种模式需要注意一下。不过目前我们基本不会接触到client模式 在32位环境下JVM会是client模式，client模式下的GC是有所不同的具体我也不太懂哈哈哈，就不往下说了。

Serial收集器：

对应JVM参数：XX:+UseSerialGC 默认开启与之对应的 SerialOldGC（负责老年代）
Serial收集器是一个新生代收集器，单线程执行，使用复制算法。它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程(用户线程)。是Jvm client模式下默认的新生代收集器。对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。

Serial Old收集器

1、Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用“标记-整理”算法。
2、主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。
3、如果在Server模式下，那么它主要还有两大用途：
一种用途是在JDK 1.5以及之前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用[1]，
另一种用途就是作为CMS收集器的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用。

ParNew收集器

1、Serial收集器的多线程版本
2、单CPU不如Serial，因为存在线程交互的开销
-XX:+UseParNewGC 新生代并行（ParNew），老年代串行（Serial Old）这种情况已经不推荐使用
-XX:ParallelGCThreads=n 设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。一般最好和计算机的CPU相当

PrarllelScanvenge收集器

-XX:+UseParallelGC 新生代使用并行回收收集器，老年代使用串行收集器
1、吞吐量优先”收集器
2、新生代收集器，复制算法，并行的多线程收集器
3、目标是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。
4、吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间），虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
5、两个参数用于精确控制吞吐量:
-XX：MaxGCPauseMillis 是控制最大垃圾收集停顿时间
-XX：GCTimeRatio 直接设置吞吐量大小
-XX：+UseAdaptiveSizePolicy 动态设置新生代大小、Eden与Survivor区的比例、晋升老年代对象年龄
6、并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。
7、并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），用户程序在继续运行，而垃圾收集程序运行于另一个CPU上。

Parallel Old收集器

-XX:+UseParallelOldGC 新生代和老年代都使用并行回收收集器
1、Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法。
2、在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合，都可以优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器。

CMS收集器

1、以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
2、非常符合互联网站或者B/S系统的服务端上，重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短的应用
3、基于“标记—清除”算法实现的
4、CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的
5、它的运作过程分为4个步骤，包括：
      1.初始标记，“Stop The World”，只是标记一下GC Roots能直接关 联到的对象，速度很快
      2.并发标记，并发标记阶段就是进行GC RootsTracing的过程
      3.重新标记，Stop The World”，是为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，但远比并发标记的时间短
      4.并发清除（CMS concurrent sweep）

6、优点：并发收集、低停顿
7、缺点：同时进行增加堆内存的占用也就是说CMS必须在老年代用尽前完成GC，否则回收失败，触发保底的serialOld垃圾收集器，从而造成长时间停顿会产生大量碎片

对CPU资源非常敏感。
无法处理浮动垃圾，可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次Full GC的产生。
一款基于“标记—清除”算法实现的收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC 应用CMS收集器
-XX:ConcGCThreads 设置并发线程数量
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 设置当老年代空间实用率达到百分比值时进行一次cms回收,默认为68，当老年代的空间使用率达到68%的时候，会执行CMS回收
如果内存使用率增长的很快，在CMS执行的过程中，已经出现了内存不足的情况，此时CMS回收就会失败，虚拟机将启动老年代串行回收器进行垃圾回收，这回导致应用程序中断，直到垃圾回收完成后才会正常工作，这个过程GC的停顿时间可能较长，所以该值需要根据实际情况设置。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 设置cms在垃圾收集完成后进行一次内存碎片整理

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设定进行多少次cms回收后，进行一次内存压缩。

G1（Garbage-First）收集器

1、当今收集器技术发展的最前沿成果之一
2、G1是一款面向服务端应用的垃圾收集器。
3、优点：并行与并发：充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势分代收集：不需要其他收集器配就能独立管理整个GC堆空间整合：“标记—整理”算法实现的收集器，局部上基于“复制”算法不会产生内存空间碎片可预测的停顿：能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒
4、G1收集器的运作大致可划分为以下几个步骤：
      1.初始标记：标记一下GC Roots能直接关联到的对象，需要停顿线程，但耗时很短
      2.并发标记：是从GC Root开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活的对象，这阶段耗时较长，但可与用户程序并发执行
      3.最终标记：修正在并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录
      4.筛选回收：对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划
-XX:+UserG1Gc 应用G1收集器

-XX:MaxGCPauseMillis 指定最大停顿时间

-XX:ParallelGCThreads 设置并行回收的线程数量

G1特点：

G1内存划分原理：

结尾我们来看一道目前很流行的面试题，可怜的菜鸟目前一年经验都没有公司给面试机会，哎！！！

github上有面试题腾讯曾问道过：

谈谈CMS与G1的区别。。。。

说实话第一次看到一脸懵逼不过学习过后我们还是可以回答的哈哈哈

个人答案：
    G1理论上不会产生垃圾碎片，可以精确控制停顿时间（期望），使用范围不一样（G1同时用在两个区），回收过程不一样。

好像差不多了等成长后再回来补充吧