JVM相关知识点-2.垃圾回收

概述

垃圾回收（Garbage Collection，GC），顾名思义就是释放垃圾占用的空间，防止内存泄露。有效的使用可以使用的内存，对内存堆中已经死亡的或者长时间没有使用的对象进行清除和回收。

如何判定对象为垃圾对象

1.引用计数算法

在对象中添加一个引用计数器，当有地方引用这个对象的时候，引用计数器的值就加1，当引用失效的时候（变量记为null），计数器的值就减1。但Java虚拟机中没有使用这种算法，这是由于如果堆内的对象之间相互引用，就始终不会发生计数器-1，那么就不会回收。

2.可达性分析法

此算法的核心思想：通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称为“引用链”，当一个对象到GC Roots没有任何的引用链相连时(从GC Roots）到这个对象不可达)时，证明此对象不可用。

可作为GC Roots的对象：

1. 虚拟机栈
2. 方法区的类属性所引用的对象
3. 方法区中常量所引用的对象
4. 本地方法栈中引用的对象

如何回收垃圾对象

1. 回收策略（标记清除、复制、标记整理、分带收集算法）
2. 常见的垃圾回收器（Serial、Parnew、Cms、G1）

垃圾回收算法

1.标记清除算法

先标记出要回收的对象(一般使用可达性分析算法)，再去清除，但会有效率问题和空间问题:标记的空间被清除后，会造成我的内存中出现越来越多的不连续空间，当要分配一个大对象的时候，在进行寻址的要花费很多时间，可能会再一次触发垃圾回收。

2.复制算法

堆：

• 新生代
  Eden 伊甸园
  　　Survivor 存活期
  　　Tenured Gen 老年区
• 老年代

复制算法是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，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半，浪费较大。复制算法的执行过程如下图所示：

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，IBM公司的专门研究表明，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性的复制到另外一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性的复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存会被“浪费”。

3.标记整理算法

对于老年代，回收的垃圾较少时，如果采用复制算法，则效率较低。标记整理算法的标记操作和“标记-清除”算法一致，后续操作不只是直接清理对象，而是在清理无用对象完成后让所有存活的对象都向一端移动，并更新引用其对象的指针。

很显然，整理这一下需要时间，所以与标记清除算法相比，这一步花费了不少时间，但从长远来看，这一步还是很有必要的。

4.分代收集算法

针对不同的年代进行不同算法的垃圾回收，针对新生代选择复制算法，对老年代选择标记整理算法。

垃圾收集器

1.Serial收集器

单线程垃圾收集器、最基本、发展最悠久。它的单线程的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。偶尔用在桌面应用中。

2.ParNew收集器

可多线程收集垃圾，收集新生代，使用收集算法

3.Parallel收集器

多线程收集垃圾，收集新生代，使用收集算法。Parallel收集器更关注系统的吞吐量，可以通过参数来打开自适应调节策略。

吞吐量：CPU用于运行用户代码的时间与CPU消耗的总时间的比值。
吞吐量 = （执行用户代码时间）/（执行用户代码时间+垃圾回收占用时间）

-XX:MaxGCPauseMillis 垃圾收集器最大停顿的时间，但最大停顿时间过短必然会导致新生代的内存大小变小，垃圾回收频率变高，效率可能降低。
-XX:CGTIMERatio 吞吐量大小（0-100），默认为99。

4.CMS收集器

Concurrent Mark Sweep，采用标记-清除算法，用于老年代，常与ParNew协同工作。优点在于并发收集与低停顿。
注：并行是指同一时刻同时做多件事情，而并发是指同一时间间隔内做多件事情

工作过程

• 初始标记
  标记老年代中所有的GC Roots对象和年轻代中活着的对象引用到的老年代的对象，时间短；
• 并发标记
  从“初始标记”阶段标记的对象开始找出所有存活的对象；
• 重新标记
  用来处理前一个阶段因为引用关系改变导致没有标记到的存活对象，时间短；
• 并发清理
  清除那些没有标记的对象并且回收空间。

缺点：占用大量的cpu资源、无法处理浮点垃圾、出现Concurrent MarkFailure、空间碎片。

5.G1收集器

G1(Garbage First)垃圾收集器是当今垃圾回收技术最前沿的成果之一，早在JDK7就已加入JVM的收集器大家庭中，成为HotSpot重点发展的垃圾回收技术。

优势：并行（多核CPU）与并发；
　　　分代收集(新生代和老年代区分不明显)；
　　　空间整合；
　　　限制收集范围，可预测的停顿。
步骤：初始标记、并发标记、最终标记和筛选回收