JVM(三)：GC

GC算法和垃圾收集器

一、简述

jvm 中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都是线程私有的，栈帧随着方法的进入和退出做入栈和出栈操作，实现了自动的内存清理;

因此，我们的内存垃圾回收主要集中于 java 堆和方法区中，在程序运行期间，这部分内存的分配和使用都是动态的。

二、如何判断对象死亡

1. 引用计数法 

给一个对象加上一个引用计数器。引用它，计数器+1；引用结束，计数器-1. 
当引用计数器为0时，表面对象死亡。 
缺点：很难解决对象之间互相引用的问题。

2. 可达性分析算法

判断一个对象到GC Roots 有没有引用链。没有的话就表明需要回收。

可作为GC Roots的对象：

• 虚拟机栈中的引用的对象；
• 方法区类静态属性、常量引用的对象；
• 本地方法栈引用的对象。

两次标记的过程： 
上述可达性分析算法中，不可达的对象不会被立即回收，而是会经历两次标记过程。第一次是在发现其与GC Roots没有引用链的时候，对其进行第一次标记。 
如果对象重写了finalize（）方法并且没有被调用，JVM会产生一个低优先级的线程去执行它。只要在finalize()中与GC Roots引用链上任意一个对象产生关联即可被移出“回收集合”。否则被回收。 
注：任意一个对象的finalize()方法只会被系统自动调用一次。可达性分析过程需要暂停用户线程。

三、垃圾收集算法

1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

1. 首先标记需要被回收的对象（标记过程就是上述两次标记的过程）； 
2. 标记完成后对其统一回收。

　　缺点： 

1. 空间问题，容易产生大量空间碎片。标记清除之后会产生大量的不连续的内存，导致分配一个大内存的对象时，无法找到足够的连续的内存（即使总的内存够）从而触发GC。 
2. 效率问题，标记和清除的效率低。

2. 标记-整理算法（Mark-Compact） 

也叫做标记压缩算法。适合老年代的垃圾回收，因为老年代对象存活率高。

1. 首先标记需要被回收的对象；
2. 将存活的对象向一端移动，清除端外内存

3. 复制算法（copying） 

1. 它将可用内存按容量分为大小相等的两块。 
2. 当其中一块内存用完时，就将存活的对象复制到另外一块上，然后清理掉已使用的内存。

优点： 
内存分配时，不用考虑内存碎片问题，直接使用指针碰撞的方法来移动堆顶指针按顺序分配内存即可；实现简单高效。 
缺点： 
1）将内存缩小为原来的一半，太浪费； 
2）存活对象多时，需要大量的复制，效率低； 
3）若内存中对象都存活，就需要额外的空间担保。

4. 分代收集算法 

GC分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短。

新生代：由于存活对象少，选用复制算法； 
老年代：存活对象多，没有额外的空间担保，所以选用标记-清除或标记-整理算法来回收。

四、垃圾收集器

Serial收集器

串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。

新生代、老年代使用串行回收；

新生代复制算法、老年代标记-压缩；

垃圾收集的过程中会Stop The World（服务暂停）

参数控制：-XX:+UseSerialGC  串行收集器

ParNew收集器

ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。

新生代并行，老年代串行；

新生代复制算法、老年代标记-压缩；

参数控制：-XX:+UseParNewGC  ParNew收集器

　　　　　　-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量

Parallel收集器

Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，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，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量；也可以通过参数控制GC的时间不大于多少毫秒或者比例；

新生代复制算法、老年代标记-压缩；

参数控制：-XX:+UseParallelGC  使用Parallel收集器+ 老年代串行

Parallel Old 收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法。

这个收集器是在JDK 1.6中才开始提供

参数控制： -XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+ 老年代并行

CMS收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。

目前很大一部分的Java应用都集中在互联网站或B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。

整个过程分为4个步骤，包括：

初始标记（CMS initial mark）

并发标记（CMS concurrent mark）

重新标记（CMS remark）

并发清除（CMS concurrent sweep）

　　优点:并发收集、低停顿 

　　缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

　　参数控制：-XX:+UseConcMarkSweepGC  使用CMS收集器

             -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC后，进行一次碎片整理；整理过程是独占的，会引起停顿时间变长

            -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction  设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理

            -XX:ParallelCMSThreads  设定CMS的线程数量（一般情况约等于可用CPU数量

G1收集器

G1是目前技术发展的最前沿成果之一，HotSpot开发团队赋予它的使命是未来可以替换掉JDK1.5中发布的CMS收集器。

• 空间整合：G1从整体来看用的标记-整理算法；局部来看用的复制算法。所以不会产生内存空间碎片；
• 可预测的停顿：G1与CMS都关注降低停顿时间。但是G1除了追求低停顿以外，还能建立可预测的停顿时间模型，即能指定在一个长度M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不超过N毫秒。

它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔阂了，它们都是一部分（可以不连续）Region的集合。