垃圾收集

这是我参与11月更文挑战的第11天，活动详情查看：2021最后一次更文挑战

概述

优缺点

优点:

• 不需要考虑内存管理
• 可以有效防止内存泄露，有效使用内存
• 对象不再有作用域， 对象的引用有作用域

缺点:

• 过度依赖降低解决内存溢出和内存泄露问题的能力

算法

引用计数

给每个创建的对象添加引用计数器， 被引用，计数+1， 失效时计数-1， 为0表示不能被使用。

优点：

• 实现简单，执行效率高，很好的和程序交织

缺点:

• 无法检测循环引用。

可达性分析

通过一系列GCRoot对象作为起始点， 从起始点开始向下搜索对象的路径， 搜索所经过的路径称为引用链。

可以作为GC Root的对象

• 栈帧中局部变量的reference引用所引用的队列
• 方法区中static静态引用的对象
• 方法区中final常量引用的对象
• JNI引用的对象
• 虚拟机内部引用，如基础数据类型的Class，NPE， 系统类加载器等
• 所有被同步锁持有的对象
• 反映虚拟机内部的JMXBean， JVMTI注册的回调， 本地代码缓存等。

引用

强引用

垃圾回收器不会回收，内存不足， 抛出OOM

软引用

内存空间足够不会回收， 不足就会回收。软引用和引用队列(ReferenceQueue)联合使用， 如果对象被回收，JVM将这个软引用加入到引用队列中。

弱引用

只能生存到下一次垃圾收集发生。无论内存释放足够，都会被回收。弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用， 如果对象被回收，JVM将这个弱引用加入到引用队列中。

虚引用

在任何时刻都可能被垃圾回收器回收，主要用来跟踪对象被回收的活动。虚引用必须和引用队列联合使用， 如果回收时发现有虚引用， 在回收之前， 将这个虚引用加入到引用队列中

垃圾收集算法

分代收集理论

根据生命周期将内存划分，进行分区管理，建立在两个分代假说上面

• 弱分代假说: 绝大多数对象都是朝生夕灭
• 强分代假说: 熬过多次垃圾手机过程的对象就越难以消亡

根据不同区域的特点， 划分出Minor GC， Major GC, Full GC回收类型。针对不同的区域和对象存亡特征，发展出标记-复制，标记-清除， 标记-整理算法。

标记清除算法

标记-清除不足:

• 执行效率不稳定
• 内存碎片

标记复制算法

也成为复制算法或者半区复制。

复制算法不足:

• 需要提前预留一半区域用来存放存活对象， 对象区域减少一半，整体GC频繁
• 如果存活对象较多，成本上升， 效率降低

标记整理算法

移动回收后的存活对象， 不移动停顿短，移动吞吐量高。

垃圾收集器

垃圾收集器组合

JDK8中默认是 Parallel Scavenge和 Parallel Old

JDK 9默认G1

JDK14 弃用了Parallel Scavenge和 Parallel Old, 移除了ＣＭＳ

组合方式有：

• SerialGC + CMS GC ( 不建议)
• SerialGC + Serial old
• ParNew + CMS
• ParNew + serial old(不建议)
• CMS + serial old
• Parallel Scavenge + Parallel Old
• Parallel Scavenge + serial Old(不建议)
• G1

性能指标

• 吞吐量: cpu在用户代码的时间和Cpu在总消耗时间
• 暂停时间
• 内存占用
• 收集频率

Serial 收集器

单线程， 使用一个CPU或1个收集线程。采用复制算法， serial old采用标记整理算法。发生STW。

-XX:+UseSerialGC
-XX:+PrintCommandLineFlags

ParNew收集器

多线程并行回收， 其余与Serial 一样。

-XX:+UseParNewGC
-XX:ParllGCThreads

Parallel Scavenge收集器

吞吐量优先收集器， 新生代收集器， 复制算法的并行多线程收集器。

• 目标是达到一个可控制的吞吐量
• 自适应调节策略， 自动指定年轻代，Eden,SurVivor区比例

-XX:+UseParallelGC
## 最大垃圾收集停顿时间 毫秒数 不推荐
-XX:MaxGCPauseMillis
## 吞吐量大小, 大于0小于100，垃圾收集时间占总时间的大小，默认99， 也就是说允许最大1% 
-XX:GCTimeRatio
## 年轻代线程数, 当cpu小于等于8， 默认cpu核数，超过8 设置 3+(5*CPU)/8
XX:ParllGCThreads
##  自适应
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy

Serial Old收集器

单线程老年代， 标记整理， cms后备

-XX:+UseSerialGC

Parallel Old收集器

并发多线程老年代， 标记整理。

-XX:+UseParallelOldGC

CMS收集器

最短停顿时间垃圾收集， 标记清除

分为四个步骤:

• 初始标记， STW
• 并发标记
• 重新标记, STW
• 并发清除

三色标记

白色: 尚未访问过

黑色: 已经访问过，本对象的引用到的其他对象也已经全部访问过

灰色: 本对象已经访问过， 但是本对象引用的其他对象尚未访问完

在并发标记时，可能有多标和漏标。

多标会产生浮动垃圾。

漏标可能影响应用程序的准确性， 可以将漏标的对象记录下来，然后作为灰色对象重新访问。

缺点

• 并发会导致应用程序变慢，吞吐量降低。CMS默认启动的回收线程数是(处理器核心+ 3)/4

• 无法处理浮动垃圾， 可能出现Concurrent Mode Failure失败而导致Full GC 的产生

  JDK5， 使用老年代68%就会进行回收, JDK6使用92%会进行回收，可以通过-XX: CMSInitiationOccu-pancyFraction的值来调整百分比。

  并发失败一般有两个原因: 新生代晋升失败和浮动垃圾

• 空间碎片

  +XX: +UseCMS-CompactAtFullCollection开关参数，默认开启，jdk9废弃， 在CMS 收集器不得不进行FUll GC时开启内存碎片的整理过程。 +XX: CMSFullGCsBeforeCompaction, 要求CMS收集器在执行若干次不整理空间的Full GC 后，下一次会先进行整理，默认为0，每次都整理。

G1收集器

主要针对多核CPU和大容量内存，极大概率满足GC停顿时间的同时，兼具高吞吐量

• 内存划分为多个独立的region
• 保留了分代思想， region的集合
• 充分利用多CPU， 多核环境硬件优势， 尽量缩短STW
• G1标记整理算法， 局部采取复制
• 停顿可预测
• 会维护优先列表，根据允许的时间回收价值最大的区域

region

使用G1， 将堆分为2048个大小相同的独立Region块， 每个Region根据堆实际大小而定， 为2的N次幂。

增加了Humongous内存区域， 如果超过1.5个region就放里面，视为老年代。

过程

提供了young GC 和Mix GC，都是STW的

• Young GC, 选定所有年轻代Region， 通过控制年轻代Region的个数， 来控制Young GC的时间开销
• Mixed GC: 选定所有年轻代Region，外加根据global concurrent marking统计得出的收集收益高的若干老年代Region，在用户指定的开销目标范围内尽可能选择收益高的老年代Region

四个过程:

• 初始标记
• 并发标记
  • 活动信息是在应用程序运行时同时计算
  • 活动信息标识在疏散暂停期间最适合回收的区域
• 最终标记
  • 找到的空区域被删除并回收， 计算所有区域的区域活跃度
  • 使用快照算法SATB， 比ＣＭＳ算法快得多
• 筛选回收
  • 同时回收年轻代和老年代
  • 老年代根据活跃度选择

参数	含义
-XX: +UseG1GC	使用G1
-XX:MaxGCPauseMillis=200	期望最大GC停顿时间(不保证达到)
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45	mixed gc中也有阀值参数，当老年代占堆的百分比达到时触发mixed GC， 默认45
-XX:NewRatio=n	新生代/老年代， 默认2
-XX:SurvivorRatio=n	Eden/Survivor大小比例，默认8
-XX:MaxTenuringThreshold=n	老年代的临界值，默认15
-XX:ParallelGCThreads=n	并行阶段回收线程数
-XX:ConcGCThreads=n	并发垃圾使用线程数
-XX: G1ReservePercent=n	设置堆内存保留为假天花板的总量， 降低提升失败的可能性， 默认为10
-XX:G1HeapRegionSize=n	使用G1堆被分成区的大小， 默认根据堆的大小算出最优解， 最小1mb,最大32m