GC算法

1.GC

分代收集算法

• 频繁收集新生代
• 较少收集老年代
• 基本不动元空间

2.对象存活判断

2.1 引用计数

客观地说，引用计数算法(Reference Counting)虽然占用了一些额外的内存空间来进行计数，但它的原理简单，判定效率也很高，在大多数情况下它都是一个不错的算法。也有一些比较著名的应用案例，例如微软COM (Component Object Model)技术、使用ActionScript 3的FlashPlayer、Py thon语言以及在游戏脚本领域得到许多应用的Squirrel中都使用了引用计数算法进行内存管理。但是，在Jav领域，至少主流的Java虛拟机里面都没有选用引用计数算法来管理内存，主要原因是，这个看似简单的算法有很多例外情况要考虑，必须要配合大量额外处理才能保证正确地工作，譬如单纯的引用计就很难解决对象之间相互循环引用的问题。

循环引用

2.2 根可达

2.2.1 GcRoots可达性分析算法

2.2.3 分析可达

2.2.4 Java中可作为GCRoots的对象

1. 虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）中引用的对象
2. 方法区中的类静态属性引用的对象
3. 方法区中常量引用的对象
4. 本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象
   案例
   

3.GC三大算法

3.1 GC算法总体概述

JVM在进行GC时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是指新生代。因此GC按照回收的区域又分了两种类型，一种是普通GC（minor GC），一种是全局GC（major GC or Full GC）
Minor GC和Full GC的区别
　　普通GC（minor GC）：只针对新生代区域的GC,指发生在新生代的垃圾收集动作，
因为大多数Java对象存活率都不高，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
　　全局GC（major GC or Full GC）：指发生在老年代的垃圾收集动作，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但并不是绝对的）。Full GC的速度一般要比Minor GC慢上10倍以上.

3.2 算法

3.2.1 复制算法(Copying)

年轻代中使用的是Minor GC，这种GC算法采用的是复制算法(Copying)

3.2.1.1 原理

Minor GC会把Eden中的所有活的对象都移到Survivor区域中，如果Survivor区中放不下，那么剩下的活的对象就被移到Old generation中，也即一旦收集后，Eden是就变成空的了。
当对象在 Eden出生后，在经过一次 Minor GC 后，如果对象还存活，并且能够被另外一块 Survivor 区域所容纳( 上面已经假设为 from 区域，这里应为 to 区域，即 to 区域有足够的内存空间来存储 Eden 和 from 区域中存活的对象 )，则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor 区域 ( 即 to 区域 ) 中，然后清理所使用过的 Eden 以及 Survivor 区域 ( 即 from 区域 )，并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在 Survivor 区每熬过一次 Minor GC，就将对象的年龄 + 1，当对象的年龄达到某个值时 ( 默认是 15 岁，通过-XX:MaxTenuringThreshold 来设定参数，java8起64位虚拟机不能超过15)，这些对象就会成为老年代。
-XX:MaxTenuringThreshold — 设置对象在新生代中存活的次数
GC年龄采用4位bit存储，最大为15，例如MaxTenuringThreshold参数默认值就是15

3.2.1.2 动态演示

年轻代中的GC,主要是复制算法（Copying）
HotSpot JVM把年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to）。默认比例为8:1:1,一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后，如果仍然存活，将会被移到Survivor区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的(90%以上)，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片。

在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区，Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满之后，会将所有对象移动到年老代中。

因为Eden区对象一般存活率较低，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区间，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%的from活动区间与另外80%中存活的eden对象转移到10%的to空闲区间，接下来，将之前90%的内存全部释放，以此类推。

3.2.1.3 缺点

复制算法它的缺点也是相当明显的。
　　1、它浪费了to区的内存。
　　2、如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视。 所以从以上描述不难看出，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服to区的内存浪费。

3.2.2 标记清除(Mark-Sweep)

老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现

3.2.2.1 原理

用通俗的话解释一下标记清除算法，就是当程序运行期间，若可以使用的内存被耗尽的时候，
GC线程就会被触发并将程序暂停，随后将要回收的对象标记一遍，最终统一回收这些对象，
完成标记清理工作接下来便让应用程序恢复运行。

主要进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。
标记：从引用根节点开始标记遍历先标记出要回收的对象。
清除：遍历整个堆，把标记的对象清除。
缺点：此算法需要暂停整个应用，会产生内存碎片

3.2.2.2 缺点

1、首先，它的缺点就是效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序，这会导致用户体验非常差劲
2、其次，主要的缺点则是这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，这点不难理解，我们的死亡对象都是随即的出现在内存的各个角落的，现在把它们清除之后，内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这一点，JVM就不得不维持一个内存的空闲列表，这又是一种开销。而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。

3.2.3 标记压缩(Mark-Compact)

老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现

3.2.3.1 原理

在整理压缩阶段，不再对标记的对像做回收，而是通过所有存活对像都向一端移动，然后直接清除边界以外的内存。
可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。
　　标记整理算法: 弥补标记清除算法当中内存区域分散的缺点，也消除了复制算法当中内存to空间浪费的高额代价

3.2.3.2 缺点

标记/整理算法唯一的缺点就是效率也不高，不仅要标记所有存活对象，还要整理所有存活对象的引用地址。从效率上来说，标记/整理算法要低于复制算法。

3.2.3.3 标记清除压缩(Mark-Sweep-Compact)

4.总结

内存效率：复制算法>标记清除算法>标记整理算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）。
内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清除算法。
内存利用率：标记整理算法=标记清除算法>复制算法。
可以看出，效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存，而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标，标记/整理算法相对来说更平滑一些，但效率上依然不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，又比标记/清除多了一个整理内存的过程
　　难道就没有一种最优算法吗？ 猜猜看，下面还有内容
回答：无，没有最好的算法，只有最合适的算法。==========>分代收集算法。

年轻代(Young Gen)年轻代特点是区域相对老年代较小，对像存活率低。

这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对像大小有关，
因而很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，
通过hotspot中的两个survivor的设计得到缓解。

老年代(Tenure Gen)老年代的特点是区域较大，对像存活率高。

这种情况，存在大量存活率高的对像，复制算法明显变得不合适。一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。
基于上面的考虑，老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。

5.面试题

5.1 JVM内存模型以及分区，需要详细到每个区放什么

5.2 堆里面的分区：Eden，survival from to，老年代，各自的特点。

1. Eden区

   Eden区位于Java堆的年轻代，是新对象分配内存的地方，由于堆是所有线程共享的，因此在堆上分配内存需要加锁。而Sun JDK为提升效率，会为每个新建的线程在Eden上分配一块独立的空间由该线程独享，这块空间称为TLAB（Thread Local Allocation Buffer）。在TLAB上分配内存不需要加锁，因此JVM在给线程中的对象分配内存时会尽量在TLAB上分配。如果对象过大或TLAB用完，则仍然在堆上进行分配。如果Eden区内存也用完了，则会进行一次Minor GC（young GC）。

2. Survival from to

   Survival区与Eden区相同都在Java堆的年轻代。Survival区有两块，一块称为from区，另一块为to区，这两个区是相对的，在发生一次Minor GC后，from区就会和to区互换。在发生Minor GC时，Eden区和Survivalfrom区会把一些仍然存活的对象复制进Survival to区，并清除内存。Survival to区会把一些存活得足够旧的对象移至年老代。

3. 年老代

   年老代里存放的都是存活时间较久的，大小较大的对象，因此年老代使用标记整理算法。当年老代容量满的时候，会触发一次Major GC（full GC），回收年老代和年轻代中不再被使用的对象资源。

5.3 GC的三种收集方法：标记清除、标记整理、复制算法的原理与特点，分别用在什么地方

略

5.4 Minor GC与Full GC分别在什么时候发生

Minor GC是新生代GC，指的是发生在新生代的垃圾收集动作。由于java对象大都是朝生夕死的，所以Minor GC非常平凡，一般回收速度也比较i快。

Major GC/Full GC 是老年代GC，指的是发生在老年代的GC，出现Major GC一般经常会伴有Minor GC，Major GC的速度比Minor GC慢的多。

何时发生？

1. Minor GC发生：当jvm无法为新的对象分配空间的时候就会发生Minor gc，所以分配对象的频率越高，也就越容易发生Minor gc。

2. Full GC：发生GC有两种情况，
   ①当老年代无法分配内存的时候，会导致MinorGC.
   ②当发生Minor GC的时候可能触发Full GC，由于老年代要对年轻代进行担保，由于进行一次垃圾回收之前是无法确定有多少对象存活，因此老年代并不能清除自己要担保多少空间，因此采取采用动态估算的方法：也就是上一次回收发送时晋升到老年代的对象容量的平均值作为经验值，这样就会有一个问题，当发生一次Minor GC以后，存活的对象剧增（假设小对象），此时老年代并没有满，但是此时平均值增加了，会造成发生Full GC。