JVM（四）垃圾回收

1 垃圾标记

1.2 引用计数算法：

1.2.1 示例

1.2.2 弊端

存在循环引用的问题

1.2 可达性分析算法：

GC root包含哪些？

2 GC算法

2.1 标记-清除算法

从gc root遍历所有对象，标记可达对象，即存活对象，然后再遍历所有的对象（过程为下图的蓝色横线），清除垃圾对象。

2.1.1 标记清除算法缺点

效率不高，因为需要从头遍历。清除的意思是，把上图黑色的垃圾对象的内存地址保存在空闲列表，下次有新的对象时，将黑色的块覆盖了，并不是将黑色块置空。

2.2 复制算法

准备B区，A区开始，从GC roots开始遍历，遍历到可达的对象复制到B区，S1区和S2区就用到了复制算法，S区的对象大多朝生夕死。

复制算法优点：没有标记清除过程，高效，复制后保证空间的连续性，没有碎片问题。
复制算法缺点：需要内存空间大，复制后需要维护新的引用关系。而且如果系统存活的对象多和垃圾少，需要复制很多对象，会使效率低。因此适用于新生代。

2.3 标记压缩算法

3 分代收集

分代收集是JVM垃圾回收的‌基础架构‌，其核心思想源于“弱代假说”：‌绝大多数对象朝生夕灭，少数对象长期存活‌。

3.1 实现方式‌

将Java堆划分为两个主要区域：
1、新生代（Young Generation）‌：存放新创建的对象，存活率低，回收频繁。
采用‌复制算法‌：将存活对象复制到另一块Survivor区，清空原区，效率高、无碎片。
默认比例：Eden : Survivor1 : Survivor2 = 8 : 1 : 1。

2、老年代（Old Generation）‌：存放熬过多次Minor GC的对象，存活率高。
采用‌标记-清除‌或‌标记-整理‌算法，避免频繁复制开销。

4 垃圾回收的相关知识点

4.1 内存溢出与内存泄漏

4.2 GC的串行、并发、并行：

GC的三种“工作模式”‌：

串行（Serial）‌‌：单线程‌执行GC，暂停所有应用线程（Stop-The-World）
并行（Parallel）‌：多线程并行‌执行GC，仍暂停应用线程
并发（Concurrent）‌‌：GC线程与应用线程同时运行‌，不完全暂停应用

4.3

4.3.1 STW(STOP THE WORLD)

4.3.2 安全点与安全区域：

4.3.2.1 安全点

实现机制‌：采用‌主动式中断（Voluntary Suspension）‌
JVM设置一个全局“安全点标志”。
所有Java线程在执行到安全点时，‌主动轮询‌该标志。
若发现标志为真，线程‌自行挂起‌，等待GC等操作完成。
比如，线程执行到方法调用指令，就会停下来。

4.3.2.1 安全区域

当线程处于‌非运行状态‌（如 Thread.sleep()、Object.wait()、I/O阻塞、JNI调用）时，它‌无法主动执行代码‌，也就无法到达安全点。此时，安全点机制失效。

解决方案‌：引入‌安全区域‌
线程进入一段‌引用关系不会发生变化‌的代码段（如阻塞系统调用、JNI本地方法）时，会‌主动声明进入安全区域‌。
在此区域内，JVM‌无需等待该线程到达安全点‌，可直接将其视为“已暂停”。
当线程准备离开安全区域时，必须‌检查GC是否已完成‌：
若已完成 → 直接继续执行。
若未完成 → ‌阻塞等待‌，直到GC结束信号到达。

补充说明：

4.4 终结引用

5 垃圾回收器

5.1 GC的性能指标

重点看标红的三个，这三个不可能都满足。

5.1.1 吞吐量

5.1.2 暂停时间

5.1.3 示例

注重吞吐量：(200ms+200ms)/6000ms，总暂停400ms
主动低延迟：每次暂停100ms，总暂停500ms

5.1.4

5.2 垃圾回收器组合

5.3 Serial回收器

概述：单线程、串行执行‌的收集器。年轻代用Serial，老年代用Serial Old。仅使用一个CPU核心‌，所有GC操作（标记、清除、复制）均由单线程完成，执行垃圾回收时，暂停所有应用线程‌（Stop-The-World），直到GC结束才恢复程序运行；新生代使用‌复制算法‌（Copying），老年代使用‌标记-整理算法‌（Mark-Compact）。

使用 -XX:+UseSerialGC 显式启用的JVM

图示：

5.4 ParNew回收器

并行回收，该回收器就是Serial回收器的并行版本，STW时间较短

图示，新生代使用ParNew，老年代使用Serial Old

5.5 CMS回收器

CMS 专为对响应时间敏感的应用（如 Web 服务）设计，通过并发执行垃圾回收线程与用户线程，显著减少 STW 停顿。其采用‌标记-清除算法‌。

5.5.1 CMS工作原理：

初始标记（STW）‌，仅仅标记GC Roots直接引用的对象（如栈帧变量、静态字段）（如栈引用、静态变量）。停顿时间极短
并发标记，从初始标记阶段标记好的的对象出发，遍历整个对象图，标记所有可达对象
重新标记（STW）‌，由于并发标记阶段，用户线程是不停的、运行着的，这时可能会出现以下的情形，一，有的对象会创建出来，然后很快成为垃圾，，二，有的标记好的对象是存活的，用户贤臣将其变为不存活。因此需要重新标记。
并发清除，清理垃圾对象。

5.5.2 CMS缺点

内存碎片：使用“标记-清除”算法，不进行压缩，长期运行易产生碎片，可能导致Full GC 。可以使用以下参数来进行压缩，-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=N‌(默认值0)，意为，每经历N次Full GC‌后，才执行一次碎片压缩
退化问题，若老年代空间不足或回收速度跟不上分配速度，会退化使用Serial Old进行Full GC，导致长时间停顿。
浮动垃圾，并发清除期间用户线程仍可分配对象，这部分垃圾无法回收
CPU资源占用高‌：并发阶段需占用CPU资源，在CPU较少时影响明显。比如2核，1个核用来跑并发处理，1个核跑用户线程。