GC---垃圾回收

垃圾回收（GC）

JVM会对内存区域进行定期的检查，当运行到线程安全点的时候启动垃圾回收器，根据垃圾回收机制对内存区域进行内存回收。

• 为什么要有GC？

  内存处理是编程人员最容易出现问题的地方，一旦稍有疏忽忘记回收内存就可能出现内存不足或系统卡顿、不稳定甚至崩溃的现象，造成严重的经济损失。所以可以交给可靠高效优秀的垃圾回收算法，编写垃圾回收器以到达垃圾自动回收的目的，Java就是这么做的，可以让JVM自动进行高效的内存管理，编程人员则只需要把重点放在业务逻辑的编写上，提高开发效率。

• 对象分代机制：

  ​ 堆分为新生代和老年代，新生代又分为Eden、To survivor、from survivor，新生代存放刚创建的、存活时间不长的对象，老年代存放存活时间长，不会随便回收的对象。大部分对象(80%)创建后都是不久就销毁了，所以没必要放在老年区域。每个对象都会有一个生存年龄标志来标记这个对象存活了多久，一个对象创建后先放在新生代的Eden区，经过一轮minorGC后，存活下来，年龄+1。当到达一定年龄，对象就会进入To survivor区，From survivor区也有一些对象，此时当minorGC运行下来，to中对象就会进入from区，而原先from区中的对象若仍然存活，年龄+1，并正式进入老年区，老年区不再轻易回收，这轮GC下来，to区就空了，from是幸存者区，那么此时的from就变成了to，to就变成了from，即下一轮GC中他们就角色互换了，并按照to和from的特性进行操作。

  ​ 老年区的对象则使用majorGC(或fullGC)进行回收，minorGC是不会涉及到老年区的，而fullGC既会清理老年区又会清理新生区。

• 垃圾回收机制

  对象是否回收是根据他是否还被引用来决定的，就需要对对象进行标记。有了标记之后就可以确定哪些对象可以进行清除回收。

  • 对象标记

    • 计数算法：简单高效，对象引用了一次，他的引用计数器就+1，否则-1，若计数器为0则代表无人引用，可以回收了，缺点是需要额外储存和计数开销，致命缺点是无法处理循环引用问题，故java中无垃圾回收器用此算法(python支持)。
    • 可达性分析(根搜索算法、追踪算法，java、C#的选择)：可以有效解决计数算法中循环引用问题。首先 根集合(GCRoot) 作为根对象集合，并从根出发寻找引用链路中是否直接或间接引用了某个对象，那么一轮寻找下来，就可以知道哪些对象不可达，即没有引用，可被回收。

  • 对象清除

    GC暂停所有线程，即stop the world！然后线性遍历整个堆，进行清除回收

    • 标记清除算法（Mark-Sweep）

      简单，不算高效，产生内存碎片。 若堆内存规整: 用指针碰撞(指针在空闲一端移动对象大小相等的距离即可)；不规整(一般都不规整)：并不是真的清空物理地址空间，而是维护一个空闲列表，存放被空闲的内存地址，下次需要分配内存就判断空闲地址空间够不够，够就直接覆盖。

    • 复制算法（Copying）

      简单高效！不会产生内存碎片，但需要2倍空间。若对象可达，复制到新空间中去，对象不可达就不复制，那么原来的老空间就全部空闲了。

    • 标记压缩(标记整理)算法（Mark-Compact）

      效率最低，实现较为复杂，但只需要持有一个有效起始地址即可 而不需要维护一个空闲列表。需要一个分界线，将可达对象移动到分界线一端，不可达对象放在另一端。

    • java中采用终极方案：分代收集算法

      进行对象分代，根据各代的特点采用不同算法回收。前三种算法优劣都是要视具体情况而定，比如from to Survivor区因为较小就可以用复制算法，但老年区较大就不适合用复制算法了，而是用标记整理算法。

  • JAVA垃圾回收器

    并发垃圾回收，可能和用户线程一同执行，也可能是交替执行。

    • serial GC：古老简单，用复制算法收集新生代，单线程，STW，C1模式下默认选项。

    • serial Old：serial GC老年代版，工作在老年代，采用标记整理算法。

    • parNew：serial GC多线程版本，配合老年代CMS GC工作。

    • CMS：基于标记清除算法，并发，老年代的垃圾回收器，占用CPU资源，宗旨是尽量减少停顿次数。无法处理浮动垃圾，可能出现"Concurrent Mode Failure"失败而导致一次full GC。CMS采用三次标记一次清除的办法，第一次初始标记，用来标记处gcroot可达的对象。第二次标记是并发标记，用户边跑边标记，因为是并发的，所以可能会产生浮动垃圾，本来可达，用户后面又改成不可达了。第三次标记是重新标记，用来标记第二次标记产生的变动对象。最后并发清除。三色标记法：黑色可达，灰色正在搜索，白色未搜索。

      • CMS默认的回收线程数是(CPU个数+3)/4。这个公式的意思是当CPU大于4个时,保证回收线程占用至少25%的CPU资源，这样用户线程占用75%的CPU，这是可以接受的。

      • concurrent mode failure是CMS垃圾收集器特有的错误，CMS的垃圾清理和引用线程是并行进行的，如果在并行清理的过程中老年代的空间不足以容纳应用产生的垃圾，则会抛出concurrent mode failure

      • CMS有什么问题？若CMS在清理过程已经出现内存不足，CMS就会失败。

      • CMS怎么解决内存碎片问题？启动老年代serialOld串行化收集（STW），导致程序长时间中断。CMS 提供了CMSInitiatingOccupancyFraction参数来设置老年代空间使用百分比,达到百分比就进行垃圾回收，默认92%。

    • parallel Scavenge：复制算法并行收集。java8默认GC。C2模式下默认选择，吞吐量优先，新生代老年代GC都是并行的。

    • G1：兼顾吞吐量和停顿时间，JDK9后的默认GC。在堆区分带的基础上引入分区概念，将堆分为若干Region，可以并行收集这些Region。G1拥有yound GC和mixGC(G1特有)，和fullGC不一样，mixGC只收集老年区。