JVM과 가비지 컬렉션 알고리즘

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JVM과 가비지 컬렉션 알고리즘

머리말

이 문서는 자바 지식 만든 노트를 배우고, 다음의 정보를 참조하십시오 https://github.com/Snailclimb/JavaGuide , 감사합니다 원래 저자를 공유!

그리고 가비지 컬렉션 알고리즘

쓰레기를 확인하는 방법

참조 카운팅

자바에서 참조와 객체가 관련되어 있습니다. 조작하려는 경우 객체는 참조해야합니다. 따라서, 간단한 방법은 오브젝트가 재생 될 수 있는지 여부를 결정하는 기준으로 계산 것이 분명하다. 자신의 참조 카운트가 0이 아니라고 언급과 관련되지 않은 객체가 객체를 사용하기 어려운 경우 간단하게 말해서, 다음 개체는 재활용 객체입니다.

도달 가능성 분석

참조주기 계산 방법 참조 문제를 해결하기 위해, 자바 메소드 도달 가능성 분석을 사용하여. 검색을위한 시작 지점으로 "GC 뿌리"개체의 시리즈를 통해. 당신이 "GC 뿌리"와 객체 사이의 경로를 도달하지 않을 경우, 객체는 도달 할 수없는 것으로 알려져있다. 그것은 도달 오브젝트가 오브젝트 회수와 일치하지 않는 것을 알 수있다 재활용 목적 연결할 개체하게 적어도 두 마킹 공정이다. 이마르크 여전히 재활용 객체 후에는 복구에 직면하게 될 것이다.

클리어 라벨링 알고리즘 (마크 스윕)

가장 기본적인 가비지 컬렉션 알고리즘은 두 단계로 나누어 표시하고 삭제됩니다. 모든 개체에 필요한 마크 위상 마크는 복구 단계는 빈 공간 객체에 의해 점유 표시되어, 복구 할 수 있습니다. 그림

우리는 그림에서 볼 수있는,이 알고리즘의 가장 큰 문제가 심각한 메모리 조각화이며, 후속 문제 가능한 공간을 찾을 수없는 대형 개체를 발생할 수 있습니다.

복제 알고리즘 (복사)

해결하기 위해 단점은 알고리즘 메모리 조각화 마크 스윕을 제안 알고리즘입니다. 두 개의 동일한 크기의 메모리로 분할 눌러 메모리. 모든 시간 사용이 하나의 개체가 메모리가 아직 살아 후 전체로 존재하는 다른 블록에 하나의 복사, 메모리는 사용 허가되었습니다

이 알고리즘은 간단하지만 어려운 높은 메모리 효율이 파편을 생산하지만, 가장 큰 문제는 사용 가능한 메모리가 원래의 절반으로 압축된다는 점이다. 그리고 살아있는 객체의 수는 다음 알고리즘을 복사 효율이 크게 감소 될 것입니다.

태그 알고리즘을 구성하는 (마크 컴팩트)

结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和 Mark-Sweep 算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。如图：

分代收集算法

分代收集法是目前大部分 JVM 所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域，一般情况下将 GC 堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

新生代与复制算法

目前大部分 JVM 的 GC 对于新生代都采取 Copying 算法，因为新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象，即要复制的操作比较少，但通常并不是按照 1：1 来划分新生代。一般将新生代划分为一块较大的 Eden 空间和两个较小的 Survivor 空间(From Space, To Space)，每次使用Eden 空间和其中的一块 Survivor 空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另一块 Survivor 空间中

老年代与标记复制算法

而老年代因为每次只回收少量对象，因而采用 Mark-Compact 算法。

1. JAVA 虚拟机提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation)，它用来存储 class 类，常量，方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类。

2. 对象的内存分配主要在新生代的 Eden Space 和 Survivor Space 的 From Space(Survivor 目前存放对象的那一块)，少数情况会直接分配到老生代。

3. 当新生代的 Eden Space 和 From Space 空间不足时就会发生一次 GC，进行 GC 后，Eden Space 和 From Space 区的存活对象会被挪到 To Space，然后将 Eden Space 和 From Space 进行清理。

4. 如果 To Space 无法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老生代。

5. 在进行 GC 后，使用的便是 Eden Space 和 To Space 了，如此反复循环。

6. 当对象在 Survivor 区躲过一次 GC 后，其年龄就会+1。默认情况下年龄到达 15 的对象会被移到老生代中。

JAVA 四中引用类型

强引用

在 Java 中最常见的就是强引用，把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的，即使该对象以后永远都不会被用到 JVM 也不会回收。因此强引用是造成 Java 内存泄漏的主要原因之一。

软引用

软引用需要用 SoftReference 类来实现，对于只有软引用的对象来说，当系统内存足够时它不会被回收，当系统内存空间不足时它会被回收。软引用通常用在对内存敏感的程序中。

弱引用

弱引用需要用 WeakReference 类来实现，它比软引用的生存期更短，对于只有弱引用的对象来说，只要垃圾回收机制一运行，不管 JVM 的内存空间是否足够，总会回收该对象占用的内存。

虚引用

虚引用需要 PhantomReference 类来实现，它不能单独使用，必须和引用队列联合使用。虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态

GC 分代收集算法 VS 分区收集算法

分代收集算法

当前主流 VM 垃圾收集都采用”分代收集”(Generational Collection)算法, 这种算法会根据对象存活周期的不同将内存划分为几块, 如 JVM 中的 新生代、老年代、永久代，这样就可以根据各年代特点分别采用最适当的 GC 算法

在新生代-复制算法

每次垃圾收集都能发现大批对象已死, 只有少量存活. 因此选用复制算法, 只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集.

在老年代-标记整理算法

因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保, 就必须采用“标记—清理”或“标记—整理”算法来进行回收, 不必进行内存复制, 且直接腾出空闲内存.

分区收集算法

分区算法则将整个堆空间划分为连续的不同小区间, 每个小区间独立使用, 独立回收. 这样做的好处是可以控制一次回收多少个小区间 , 根据目标停顿时间, 每次合理地回收若干个小区间(而不是整个堆), 从而减少一次 GC 所产生的停顿

GC 垃圾收集器

Java 堆内存被划分为新生代和年老代两部分，新生代主要使用复制和标记-清除垃圾回收算法；年老代主要使用标记-整理垃圾回收算法，因此 java 虚拟中针对新生代和年老代分别提供了多种不同的垃圾收集器，JDK1.6 中 Sun HotSpot 虚拟机的垃圾收集器如下：

Serial 垃圾收集器（单线程、复制算法）

Serial（英文连续）是最基本垃圾收集器，使用复制算法，曾经是JDK1.3.1 之前新生代唯一的垃圾收集器。Serial 是一个单线程的收集器，它不但只会使用一个 CPU 或一条线程去完成垃圾收集工作，并且在进行垃圾收集的同时，必须暂停其他所有的工作线程，直到垃圾收集结束。Serial 垃圾收集器虽然在收集垃圾过程中需要暂停所有其他的工作线程，但是它简单高效，对于限定单个 CPU 环境来说，没有线程交互的开销，可以获得最高的单线程垃圾收集效率，因此 Serial垃圾收集器依然是 java 虚拟机运行在 Client 模式下默认的新生代垃圾收集器

ParNew 垃圾收集器（Serial+多线程）

ParNew 垃圾收集器其实是 Serial 收集器的多线程版本，也使用复制算法，除了使用多线程进行垃圾收集之外，其余的行为和 Serial 收集器完全一样，ParNew 垃圾收集器在垃圾收集过程中同样也要暂停所有其他的工作线程

ParNew 收集器默认开启和 CPU 数目相同的线程数，可以通过-XX:ParallelGCThreads 参数来限制垃圾收集器的线程数。【Parallel：平行的】ParNew虽然是除了多线程外和Serial 收集器几乎完全一样，但是ParNew垃圾收集器是很多 java虚拟机运行在 Server 模式下新生代的默认垃圾收集器

Parallel Scavenge 收集器（多线程复制算法、高效）

Parallel Scavenge 收集器也是一个新生代垃圾收集器，同样使用复制算法，也是一个多线程的垃圾收集器，它重点关注的是程序达到一个可控制的吞吐量（Thoughput，CPU 用于运行用户代码的时间/CPU 总消耗时间，即吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)），高吞吐量可以最高效率地利用 CPU 时间，尽快地完成程序的运算任务，主要适用于在后台运算而不需要太多交互的任务。自适应调节策略也是 ParallelScavenge 收集器与 ParNew 收集器的一个重要区别。

Serial Old 收集器（单线程标记整理算法 ）

Serial Old 是 Serial 垃圾收集器年老代版本，它同样是个单线程的收集器，使用标记-整理算法，这个收集器也主要是运行在 Client 默认的 java 虚拟机默认的年老代垃圾收集器。 在 Server 模式下，主要有两个用途：

1. 在 JDK1.5 之前版本中与新生代的 Parallel Scavenge 收集器搭配使用。
2. 作为年老代中使用 CMS 收集器的后备垃圾收集方案。

新生代 Serial 与年老代 Serial Old 搭配垃圾收集过程图

新生代 Parallel Scavenge 收集器与 ParNew 收集器工作原理类似，都是多线程的收集器，都使用的是复制算法，在垃圾收集过程中都需要暂停所有的工作线程。新生代 Parallel Scavenge/ParNew 与年老代 Serial Old 搭配垃圾收集过程图：

Parallel Old 收集器（多线程标记整理算法）

Parallel Old 收集器是Parallel Scavenge的年老代版本，使用多线程的标记-整理算法，在 JDK1.6才开始提供。
在 JDK1.6 之前，新生代使用 ParallelScavenge 收集器只能搭配年老代的 Serial Old 收集器，只能保证新生代的吞吐量优先，无法保证整体的吞吐量，Parallel Old 正是为了在年老代同样提供吞吐量优先的垃圾收集器，如果系统对吞吐量要求比较高，可以优先考虑新生代 Parallel Scavenge和年老代 Parallel Old 收集器的搭配策略。新生代 Parallel Scavenge 和年老代 Parallel Old 收集器搭配运行过程图：

CMS 收集器（多线程标记清除算法）

Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器，其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间，和其他年老代使用标记-整理算法不同，它使用多线程的标记-清除算法。最短的垃圾收集停顿时间可以为交互比较高的程序提高用户体验。CMS 工作机制相比其他的垃圾收集器来说更复杂，整个过程分为以下 4 个阶段：

初始标记

只是标记一下 GC Roots 能直接关联的对象，速度很快，仍然需要暂停所有的工作线程。

并发标记

进行 GC Roots 跟踪的过程，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。

重新标记

为了修正在并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，仍然需要暂停所有的工作线程。

并发清除

清除 GC Roots 不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中，垃圾收集线程可以和用户现在一起并发工作，所以总体上来看CMS 收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。

CMS 收集器工作过程：

G1 收集器

쓰레기 첫째 쓰레기 수집기 가비지 컬렉터는 CMS 컬렉터, 두 가장 눈에 띄는 개선은 G1 수집기에 비해 이론 개발 결과의 최전선에있다 :

1. 기반 마크 - 정렬 알고리즘, 아니 메모리 조각화.
2. 드웰 시간이 낮은 가비지 콜렉션 일시 정지의 전제 처리량을 희생하지 않고, 매우 정밀하게 제어 할 수 있습니다.

각 시간에 따라 수집 허용 백그라운드에서 우선 순위리스트를 유지하는 영역 전체 가비지 콜렉션을 방지 G1 수집기, 그것은 메모리는 고정 된 크기를 별도의 여러 영역이 분야에서 가비지 수집 및 추적 진행으로 분할 힙이고 대부분의 지역 우선 순위 가비지 콜렉션. 구역화 및 우선 순위 영역 복구 메커니즘은 제한된 기간 동안 가비지 콜렉션의 높은 효율을 얻을 수 G1 수집을 보장