這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)深入淺析JVM中的垃圾收集器，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后對(duì)相關(guān)知識(shí)有一定的了解。
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說(shuō)起垃圾收集（Garbage Collection，GC），大部分人都把這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)做Java語(yǔ)言的伴生產(chǎn)物。事實(shí)上，GC的歷史遠(yuǎn)比Java久遠(yuǎn)，1960年誕生于MIT的Lisp是第一門真正使用內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和垃圾收集技術(shù)的語(yǔ)言。當(dāng)List還在胚胎時(shí)期時(shí)，人們就在思考GC需要完成的3件事情：
一、哪些內(nèi)存需要回收？
從JVM區(qū)域結(jié)構(gòu)看，可將這些區(qū)域劃分為“靜態(tài)內(nèi)存”和“動(dòng)態(tài)內(nèi)存”兩類。程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法3個(gè)區(qū)域是“靜態(tài)”的，因?yàn)檫@幾個(gè)區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具備確定性，都隨著線程而生，隨著線程而滅。但Java堆和方法區(qū)不一樣，內(nèi)存分配都存在不確定性，只有在程序處于運(yùn)行期間才能知道會(huì)創(chuàng)建哪些對(duì)象，這部分內(nèi)存和回收都是動(dòng)態(tài)的，垃圾收集器所關(guān)注的是這部分內(nèi)存。
在堆里面存放著Java世界幾乎所有的對(duì)象實(shí)例，垃圾回收器在對(duì)堆進(jìn)行回收前，第一件事情就是就是要確定這些對(duì)象哪些還"存活"著，哪些已經(jīng)"死去"。那么又怎么確定對(duì)象已經(jīng)"死去"呢？
1.引用計(jì)數(shù)法：
分配對(duì)象時(shí)給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值就加1；當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器值就減1；任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象就是沒(méi)有再被使用了?？陀^地說(shuō)，引用計(jì)數(shù)法（Reference Counting）的實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，判斷效率也很高，但是在主流的Java虛擬機(jī)里面沒(méi)有選用引用計(jì)數(shù)法來(lái)管理內(nèi)存，其中最主要的原因是它很難解決對(duì)象之間相互循環(huán)引用的問(wèn)題。例如：
重慶分公司
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public class ReferenceCountingGC {
public Object instance = null;
private byte[] bigsize = new byte[2*1024*1024];
public static void testGC(){
ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
System.gc();
}
}當(dāng)設(shè)置objA = null;objB = null后這兩個(gè)對(duì)象再無(wú)任何引用，實(shí)際上這兩個(gè)對(duì)象已經(jīng)不可能再被訪問(wèn)，但是它們因?yàn)榛ハ嘁弥鴮?duì)方，導(dǎo)致它們的引用計(jì)數(shù)都不為0，于是引用計(jì)數(shù)算法無(wú)法通知GC收集器回收它們。如果這個(gè)對(duì)象特別大，則會(huì)造成嚴(yán)重的內(nèi)存泄露。
2.可達(dá)性分析算法：
可達(dá)性分析（Reachability Analysis）的基本思想是通過(guò)一系列的稱為“GC Roots”的對(duì)象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過(guò)的路徑稱為引用鏈（Reference Chain），當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒(méi)有任何引用鏈相連時(shí)（也就是GC Roots到這個(gè)對(duì)象不可達(dá)），則證明此對(duì)象是不可用的。如下圖所示：
對(duì)象Object5、Object6、Object7相互雖然有關(guān)聯(lián)，但是它們到GC Roots是不可達(dá)的，所以它們將會(huì)被判定為是可回收的對(duì)象。在Java語(yǔ)言中，可作為GC Roots的對(duì)象包括下面幾種：
二、什么時(shí)候回收？
虛擬機(jī)為了分析GC Roots這項(xiàng)工作必須在一個(gè)能確保一致性的快照中進(jìn)行，這里的“一致性”的意思就是指在整個(gè)分析期間整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)看起來(lái)就像被凍結(jié)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上——這叫安全點(diǎn)。當(dāng)然，程序執(zhí)行時(shí)并非在所有地方都能停頓下來(lái)開始GC，只有到達(dá)安全點(diǎn)時(shí)才能暫停。安全點(diǎn)選址也有規(guī)定的，選定基本上是以程序“是否具有讓程序長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行的特征”為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選定的。這里的長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行的最明顯特征是指令列復(fù)用，例如方法調(diào)用、循環(huán)跳轉(zhuǎn)、異常跳轉(zhuǎn)等。
虛擬機(jī)為了能讓所有線程都“跑”到安全點(diǎn)上停頓下來(lái)，設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案：搶先式中斷和主動(dòng)式中斷。其中搶先式中斷是虛擬機(jī)發(fā)生GC時(shí)，首先把所有線程全部中斷，如果發(fā)生有線程中斷的地方不在安全點(diǎn)上，就恢復(fù)線程，讓它“跑”到安全點(diǎn)上。這種方式現(xiàn)在比較用了。而主動(dòng)式中斷是虛擬機(jī)需要GC時(shí)僅僅簡(jiǎn)單的設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，各個(gè)線程執(zhí)行到安全點(diǎn)時(shí)主動(dòng)去輪詢這個(gè)標(biāo)志，發(fā)現(xiàn)中斷標(biāo)志為真時(shí)就自己中斷掛起。
三、如何回收？
3.1 垃圾收集算法:
（1）標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）算法
這是最基礎(chǔ)的算法，就像它名字一樣，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：首先標(biāo)記處所有需要回收的對(duì)象（如哪些內(nèi)存需要回收所描述的對(duì)象），對(duì)標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象，如下圖所示：
缺點(diǎn)：一個(gè)是效率問(wèn)題，標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程的效率都不高；另一個(gè)是空間問(wèn)題，標(biāo)記清除后悔產(chǎn)生大量的不連續(xù)的內(nèi)存碎片，可能會(huì)導(dǎo)致后續(xù)無(wú)法分配大對(duì)象而導(dǎo)致再一次觸發(fā)垃圾收集動(dòng)作。
（2）復(fù)制算法
為了針對(duì)標(biāo)記-清除算法的不足，復(fù)制算法將可用內(nèi)存容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用一塊。當(dāng)一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊上面去。然后把已使用過(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉，如下圖所示：
缺點(diǎn)：使用內(nèi)存比原來(lái)縮小了一半。
現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機(jī)都采用這種收集算法來(lái)回收新生代，有企業(yè)分析的得出其實(shí)并不需求將內(nèi)存按1:1的比例劃分，因?yàn)樾律械膶?duì)象大部分都是“朝生夕死”的。所以，HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)的Eden和Survivor的大小比例是8:1。一塊Eden和兩塊Survivor，每次使用一塊Eden和一塊Survivor，也就是說(shuō)只有10%是浪費(fèi)的。如果另一塊Survivor都無(wú)法存放上次垃圾回收的對(duì)象時(shí)，那這些對(duì)象將通過(guò)“擔(dān)保機(jī)制”進(jìn)入老年代了。
（3）標(biāo)記-整理（Mark-Compact）算法
復(fù)制算法一般是對(duì)對(duì)象存活率較低的一種回收操作，但對(duì)于對(duì)象存活率較高的內(nèi)存區(qū)域（老年代）來(lái)說(shuō)，效果就不是那么理想了，標(biāo)記-整理算法因此誕生了。標(biāo)記-整理算法和標(biāo)記-清除算法差不多，都是一開始對(duì)回收對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，但后續(xù)不是直接對(duì)對(duì)象清理，而是讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存，如下圖所示：
（4）分代收集算法
分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根據(jù)對(duì)象存活的生命周期將內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的區(qū)域。一般情況下將堆區(qū)劃分為老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），老年代的特點(diǎn)是每次垃圾收集時(shí)只有少量對(duì)象需要被回收，而新生代的特點(diǎn)是每次垃圾回收時(shí)都有大量的對(duì)象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。
3.2 垃圾收集器：
（1）七種垃圾收集器:
說(shuō)明：
注意：并行與并發(fā)
(2)常用五種組合:
(2.1)Serial/Serial Old：
特點(diǎn)：
說(shuō)明：
STW（stop the world）：編譯代碼時(shí)為每一個(gè)方法注入safepoint（方法中循環(huán)結(jié)束的點(diǎn)、方法執(zhí)行結(jié)束的點(diǎn)），在暫停應(yīng)用時(shí)，需要等待所有的用戶線程進(jìn)入safepoint，之后暫停所有線程，然后進(jìn)行垃圾回收。
適用場(chǎng)合：
(2.2)ParNew/Serial Old：
說(shuō)明：
ParNew除了采用多GC線程來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)制算法以外，其他都與Serial一樣，但是此組合中的Serial Old又是一個(gè)單GC線程，所以該組合是一個(gè)比較尷尬的組合，在單CPU情況下沒(méi)有Serial/Serial Old速度快（因?yàn)镻arNew多線程需要切換），在多CPU情況下又沒(méi)有之后的三種組合快（因?yàn)镾erial Old是單GC線程），所以使用其實(shí)不多。
-XX:ParallelGCThreads：指定ParNew GC線程的數(shù)量，默認(rèn)與CPU核數(shù)相同，該參數(shù)在于CMS GC組合時(shí)，也可能會(huì)用到
(2.3)Parallel Scavenge/Parallel Old：
特點(diǎn)：
說(shuō)明：
參數(shù)設(shè)置：
適用場(chǎng)合：
(2.4)ParNew/CMS：
說(shuō)明：
特點(diǎn)：
1.年輕代ParNew收集器采用多個(gè)GC線程實(shí)現(xiàn)"復(fù)制"算法（包括掃描、復(fù)制）
2.年老代CMS收集器采用多線程實(shí)現(xiàn)"標(biāo)記-清除"算法
3.初始標(biāo)記與重新標(biāo)記都會(huì)暫停所有用戶線程（即STW），但是時(shí)間較短；并發(fā)標(biāo)記與并發(fā)清理時(shí)間較長(zhǎng)，但是不需要STW
關(guān)于并發(fā)標(biāo)記期間怎樣記錄發(fā)生變動(dòng)的引用關(guān)系對(duì)象，在重新標(biāo)記期間怎樣掃描這些對(duì)象
缺點(diǎn)：
參數(shù)設(shè)置：
適用場(chǎng)合：
用于處理很多的交互任務(wù)的情況
方法區(qū)的回收一般使用CMS，配置兩個(gè)參數(shù)：-XX:+CMSPermGenSweepingEnabled與-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
適用于一些需要長(zhǎng)期運(yùn)行且對(duì)相應(yīng)時(shí)間有一定要求的后臺(tái)程序
(2.5)G1
說(shuō)明：
原理：
運(yùn)作流程：
優(yōu)點(diǎn)：
適用范圍：
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