Jvm 垃圾回收机制

垃圾回收器：

• 串行【SerialGC】：

  • 单线程垃圾回收器；
  • 堆内存较小，合适个人电脑【cpu少】；
  • 执行过程：
    • 串行在新生代执行的算法是：复制，在老年代上执行的是：标记整理，分别运行；
    • 触发垃圾回收，建立STW安全点，单线程进行垃圾回收，其他进行阻塞；
    • 执行结束后，打开安全点；

• 吞吐量优先【ParallelGC】：

  • 多线程【线程数量和cpu核数相关】，堆内存较大，多核cpu；
  • STW【Stop the world，对所有线程建立：安全点，阻塞】时间最短【但是可能发生多次】阶段，cpu占用率很大；
  • 单位时间内，STW时间最短【垃圾时间占比越低，吞吐量就越高，单次不一定最短】；
  • 实现过程：
    • 吞吐量优先：在新生代执行的算法是：复制，在老年代上执行的是：标记整理，分别运行，都是并行，多线程运行；
    • 触发垃圾回收，建立STW安全点，多个线程进行垃圾回收；

• 响应时间优先【CSM】

  • 多线程，堆内存较大，多核cpu；

  • 尽可能让单次STW时间最短【但是可能发生多次】；

  • STW建立安全点，标记GC root对象【初始标记】，之后STW结束，和用户线程并发执行，并且进行并发标记其他对象，最后并发清理；

  • 实现过程：

    • 开启STW，建立安全点，由部分线程进行初始标记【通常为总线程的1/4】，其余线程阻塞；
    • 初始标记结束后，初始标记线程开始并发标记，其余用户线程正常工作；
    • 并发标记后，开启STW安全点，所有线程重新标记；
      • 为了防止新生代生产对象对老年代进行引用，要做一次扫描，并进行可达性分析判断；
      • 为了提升效率，可先对新生代进行一次垃圾回收，减小新生代对象数量；
    • 最后结束STW，开启并发清理，其余用户线程正常工作；
      • 这里使用标记清理算法，产生碎片化空间；
      • 碎片过多，垃圾器会退化执行一次串行垃圾器【标记整理算法】；
      • 当并发失败后，会产生Full GC，退化为串行垃圾器；

    在总时间上，吞吐量优先的STW要小于响应时间优先；

  • Garbage First【jdk9中替代了CMS，G1】

    • 同时注重吞吐量和低延迟，
    • 超大堆内存，将堆划分为多个大小相等的区域region【每个区域可以独立作为伊甸园，幸存区，老年区】；
    • 整体是标记整理算法，两个区域之间是复制算法；
    • G1垃圾回收阶段：
      • 新生代垃圾回收：
        • 当触发垃圾回收时，建立STW会话，
        • 阈值达到，拷贝到老年区，
        • 达不到，拷贝到幸存区From；
      • 新生代垃圾回收 + 并发标记【老年区标记】；
        • 触发垃圾回收时，在新生代垃圾回收时，就会进行GC root根对象的初始标记；
        • 当老年代空间达到阈值时，进行并发标记，不会建立STW会话；
        • 当并发失败了：即标记速度小于产生垃圾的速度，会产生 full GC【多线程】；
      • 混合收集【新生代 + 老年去收集】：
        • 会对伊甸园 + 幸村区 + 老年区进行全面垃圾回收；
        • 前面时并发标记，这里建立STW会话，进行最终标记；
        • 在优先保证响应时间的情况下，拷贝尽可能多的老年区；
      • 跨代引用记录，新生代引用老年代：
        • 将老年区进一步划分为相同大小的区域，card，卡表；
        • 将引用过的对象的卡，标记为dirty card；
        • 新生代有一个Remembered Set会记录有哪些脏卡，在GC root遍历的时候，直接到记录的脏卡内遍历；
        • 当每次引用变更时，都需要变更卡表中的脏卡；
        • 卡表就是存放跨代引用记录的【对新生代是直接遍历】；
        • 将变更放入一个 dirty card queue中，后续由线程更显；
    • 重新标记Remark
      • 并发标记【存在引用状态，不确定状态【正在判断】，不存在引用状态【垃圾】】
        • 存在当前对象没有被引用，标记为垃圾后，因为时并发执行，后续由用户在进行引用后，就不再是垃圾了【并发标记引起的错误】，因此需要进一步在STW下重新标记；
        • 当在并发标记后，给垃圾加上一个写屏障，当对象引用发生了改变，就会执行写屏障的代码，
        • 写屏障【pre-write barrier】：
          • 将对象加入队列【stab_mark_queue】，并且将对象标记为不确定状态；
        • 当重新标记的时候，会建立STW会话，重新判断；
    • 字符串去重：
      • 原因：字符串对象的底层是由char[]实现的；
      • 将所有新分配的字符串放入一个队列，
      • 当新生代回收时，G1并发检查是否由字符串重复【是否由相同char[]内容生成的】
      • 如果有，则让底层引用相同的char[]数组
      • 与String.intern()不一样：
        • String.intern()关注的是字符串对象；
        • 而字符串去重关注的是底层：char[]，
        • 在jvm内部，两则使用了不同的字符串表；
      • 节约内存，增加新生代回收时间；
    • 并发标记类卸载；
      • 所有对象经过并发标记后，知道哪些类不再使用；
      • 当一个类加载器的所有的类都不在使用，则卸载所加载的所有类；
        • 该类的实例对象【实例化】，该类的Class对象【无反射引用】，加载该类的ClassLoader【一般是自定义类加载器】；
    • 回收巨型对象：
      • 当一个对象大于region的一般时，则称为巨型对象，直接会存放入老年代区；
      • G1不会堆巨型对象进行拷贝；
      • 回收时，会被优先考虑；
      • G1会跟踪老年带所有对巨型对象的引用，当老年代的卡表【跨代引用记录】对巨型对象的引用为0时，就可以在新生代垃圾回收时，处理掉；
    • 并发标记起始时间的调整：
      • 以前的阈值是45%d，超过这个就开始并发标记，混合收集
      • 这里设置一个初始值，可以进行动态调整阈值【总会动态的调价一个安全的空档空间】；

  • 新生代的特点

    • 所有new操作的的分配非常廉价；
      • 每个线程在伊甸园有一个私有空间：Tlab，当有空间时，会优先在这里分配new 对象，以实现对象分配的保护【防止多线程new 对象时，相互产生干扰】；
    • 大部分对象用过即死；
    • 死亡对象的回收代价是0，采用复制算法，将存活对象复制到幸存区TO；
    • Minor GC的时间远远低于Full GC

  • 新生代调优：

    • 新生代是不是越大越好？
      • 小了，空间小，容易触发 Minor GC；
      • 大了，老年代空间小了，容易触发Full GC;
      • 大于25%， 小于50%；
      • 吞吐量和空间大小，存在一个二次函数关系，向下；
      • 尽可能的大：新生代使用算法：复制【标记和复制】
        • 主要消耗时间在复制上，但是新生代大部分对象用过即死，所以复制对象少；
      • 新生代理想容量=并发量 * (一次请求响应的量)
      • 幸存区的理想容量= 当前活跃【但不久死亡】+ 需要晋升的对像；
        • 太大，需要晋升对象会在新生代经常复制，耗时；
        • 太小，会将不久死亡的对象晋升到老年区；

  • 老年代调优【CMS】

    • 老年代内存，越大越好；
    • 当没有Full GC 的时候，不用做调优；
    • 当有时，优先新生代调优；
    • 观察发生full GC时，老年代内存使用情况，将老年代调大到 1/ 4 或 1/3；