[JVM]-垃圾收集

在 JAVA 中，内存的分配和和释放由程序自行操作。其中清除释放内存由垃圾收集器处理。

垃圾收集器的工作就是查看堆内存，确定需要被回收的空间，进行空间回收。

垃圾收集器需要完成的主要工作两项

• 1、确定需要回收的对象
• 2、进行回收

  一、确定需要被回收的垃圾

垃圾收集器在进行垃圾回收前，需要先确定那些对象可以被回收，该操作也叫做”标记“。

针对不同类型内存，该内存区域能否被回收的判断方式不同

• 对象回收
  • 引用计数
  • 可达性分析
• 方法区回收

  1.1、对象回收

简单来说可以被回收的对象就是不存在引用的对象。（不够准确，后面会聊聊引用类型）

1.1.1、引用计数

引用计数概述：在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用对象时，计数器 + 1，当引用失效时，计数器减一。当引用计数器为 0 表示该对象可以被回收。

该算法简单，只需要额外的内存空间即可完成对象标记。但是引用计数存在一个缺陷：循环引用。

比如存在两个对象：对象 A、对象 B。
对象 A 持有 对象 B 引用。
对象 B 持有 对象 A 引用。
但是从程序上来说，这两个对象已经没用了，应该会被回收，但是对象 A 和对象 B 中引用计数器不为 0 ，所以对象无法被回收。

1.1.2、可达性分析

可达性分析概述：选定“活动的对象“作为 GC ROOT，以”GC ROOT” 为根节点将对象及其引用关系组成追踪链条。

如下图：

在 JVM 定义中，能够作为 GC ROOT 的对象可以是

• 虚拟机栈中正在引用的对象
  如：方法堆栈中用到的参数、局部变量、临时变量等。
• 本地方法栈（Native方法）中正在引用的对象
• 方法区中类静态属性引用的对象
  如：Java 类的引用类型静态变量
• 方法区常量引用的对象
  如：字符串常量池里的引用
• Java 虚拟机内部的引用
  如：基本数据类型对应的 Class 对象。
  常驻的异常对象 NullPointException 等
• 所有被同步锁（synchronized 关键字）持有的对象

1.2、方法区回收

方法区回收的主要内容

• 废弃的常量
• 不在使用的 class

1.2.1、废弃的常量回收

回收废弃常量与回收Java堆中的对象类似。
以字符串字面量回收为例。
假如一个字符串”zhixing“曾经进入常量池中。此时”zhixing“不被任何字符串对吸纳管引用，虚拟机中也没有其他地方引用了这个字面量。如果此时发生内存回收，且垃圾收集器判断有必要的话，会将 “zhixing”常量清理出常量池。

常量池中的其他类、方法、字段、方法的符号也类似。

1.2.2、不在使用的 class 回收

关于 class 的回收条件比较苛刻，当同时满足如下三个条件时，class 允许被回收

• 该 类 的所有实例都已经被回收，即 Java 堆中不存在该类及其子类的实例
• 加载该类的加载器已经被回收。该条件通常除了自定义类加载器之外，很难达到。
• 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用。

当同时满足上述三个条件时，class “允许”被回收，而不是一定会被回收。

二、进行垃圾回收

在确定了那些对象是需要被回收的，接下来就是进行回收释放空间。

2.1、回收算法

日常中收集垃圾的方式有多种，每个地方扫一堆；所有地方扫一堆等。

同样的JVM 中对象的回收算法也有多种，常见的几种 算法 如下：

1.1、标记-清除算法

原理：标记所有可回收的对象，然后在回收的时候直接清除被标记对象。

优点：所有存活对象都被标记，所有在清除的时候速度很快

缺点：清除之后容易操作内存空间不连续，容易产生内存碎片。而当程序需要分配连续的大块的内存空间时，由于无法分配，导致触发GC。

1.2、复制算法

原理：将内存空间一分为二，只有一般进行内存分配，当内存满了进行回收的时候，把存活的对象移动到另一块空闲的内存中，并按照顺序排列，然后将除了这写连续的存活对象之外的所有空间进行清除回收。

优点：解决了标记-清除算法存在的内存空间不连续的问题。

缺点：内存空间是昂贵的资源，该算法直接将内存空间一分为二，使得可使用内存空间变少。

1.3、标记-整理 算法

原理：标记-整理算法可以说是标记-清除算法和复制算法的整合。标记所有可达的对象，然后通过移动算法将所有可达和不可达的对象进行排序，排序之后将所有不可达的对象进行清除回收内存空间。

1.4、分代收集算法

原理：分代的思想，根据对象额存活周期，将 Heap 分成 “新生代 ”和 “老年代”。不同的分区采用不同的垃圾收集算法。
新生代中，通常遵循2-8原则，能够存活的对象一般不超过20%甚至更少，可以使用复制算法，只要付出少量的存活对象复制成本就可以完成收集。
老年代，对象存活率高，没有额外过多内存空间分配可以使用标记清除算法 或标记整理算法来进行收集。

2.2、具体实现：垃圾收集器

垃圾收集器是 GC 算法的具体实现。

JVM 中常见的垃圾收集器有：Serial、ParNew、Serial Old 等。它们实现的算法不同，使用的场景也不同，常见的使用组合，如下图：

垃圾收集器总的可以分为两类：新生代垃圾收集器、老年代垃圾收集器。

下面根据两种类别分别介绍垃圾收集器

2.1、新生代垃圾收集器

2.1.1、Serial

-XX:+UseSerialGC

Serial收集器是单线程收集器，它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束，这时候会后 Stop The World 的情况出现。

Serial 收集器也是一个分代收集器，针对新生代其采用了复制算法。

2.1.2、ParNew

ParNew 是 Serial 垃圾收集器的多线程版本。

2.1.3、Parallel Scavenge

-XX:+UseParallelGC

Parallel Scavenge 是一个新生代并行收集器，使用的复制算法。
不同于 ParNew 其注重吞吐量，且吞吐量可控制，能够有效控制GC停顿时间。
不同于 Serial ，Parallel 是并行的。

2.2、老年代垃圾收集器

2.2.1、Serial Old

-XX:+UseSerialOldGC

Serial Old 和 Serial 一样都是一个单线程的收集器，不过 Serial Old 是针对老年代的垃圾收集器，其采用的是标记-整理算法。

2.2.2、Parallel Old

-XX:+UseParallelOldGC

Parallel Old 和 Parallel 一样，不过Parallel Old 针对的是老年代的垃圾收集器，采用的是标记-整理的算法。

2.2.3、CMS(Concurrent Mark Sweep)

-XX:+UseConcMarkSweepGC

CMS 是老年代的垃圾收集器，采用的 标记-清除的算法。CMS 是一个力求最短回收停顿时间的收集器。
CMS 缺点：采用标记清除，会存在内存碎片化问题，长时间运行会发生 Full GC，导致恶劣的停顿。
同时CMS 会占用更多 CPU 资源，并和用户线程这个争抢。

2.3、新生代、老年代通吃：G1

G1(Garbage First ) 垃圾收集器是当今垃圾回收技术最前沿的研究成果之一。同CMS垃圾回收器一样，G1也是关注最小时延的垃圾回收器，也同样适合大尺寸堆内存的垃圾收集，官方也推荐使用G1来代替选择CMS。G1最大的特点是引入分区的思路，弱化了分代的概念，合理利用垃圾收集各个周期的资源，解决了其他收集器甚至CMS的众多缺陷。