注意：垃圾回收算法周阳老师讲的有错误，具体在p19，四大垃圾回收算法为复制算法、标记-整理算法、标记-清除算法、分代收集算法（不是引用计数算法）。这里感谢@9c0bd0ceebfa指出。下文已经更正正确，请放心食用。

堆(Heap)

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注意：

  • Java 7 之前和图上一模一样，Java 8 把永久区换成了元空间
  • 堆逻辑上由”新生+养老+元空间”三个部分组成，物理上由”新生+养老”两个部分组成。
  • 当执行 new Person(); 时，其实是 new 在新生区的伊甸园区，然后往下走，走到养老区，但是并未到元空间。

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注意：

  • GC发生在伊甸园区，当对象快占满新生代时，就会发生YGC（Young GC，轻量级GC）操作，伊甸园区基本全部清空
  • 幸存者0区(S0)，别名“from区”。伊甸园区没有被YGC清空的对象将移至幸存者0区，幸存者1区别名“to 区”
  • 每次进行YGC操作，幸存的对象就会从伊甸园区移到幸存者0区，如果幸存者0区满了，就会继续往下移，如果经历数次YGC操作对象还没有消亡，最终会来到养老区
  • 如果到最后，养老区也满了，那么就对养老区进行FGC(Full GC，重GC)，对养老区进行清洗
  • 如果进行了多次FGC之后，还是无法腾出养老区的空间，就会报OOM（out of Memory）异常
  • from区和to区位置和名分不是固定的，每次GC过后都会交换，GC交换后，谁空谁是to区

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注意：

  • 整个堆分为新生区和养老区，新生区占整个堆的1/3，养老区占2/3。新生区又分为3份：伊甸园区：幸存者0区(from区):幸存者1区(to区) (三者比例为 8:1:1)
  • 每次从伊甸园区经过GC幸存的对象，年龄(代数)会+1

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注意：

  • 临时对象就是说明，其在伊甸园区生，也在伊甸园区死。
  • 堆逻辑上由”新生+养老+元空间“三个部分组成，物理上由”新生+养老“两个部分组成，元空间也叫方法区
  • 永久代(方法区)几乎没有垃圾回收，里面存放的都是加载的 _rt.jar_ 等，让你随时可用

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GC（JVM垃圾收集）

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java7

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java8

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注意

  • 上面的图展示的是物理上的堆，分为两块，新生区和养老区。
  • 堆的参数主要有两个：-Xms，Xmx：
    1. -Xms堆的初始化的大小
    2. Xmx堆的最大化
  • Young Gen(新生代)有一个参数-Xmn，这个参数可以调新生区和养老区的比例。但是，这个参数一般不调。
  • 永久代也有两个参数：-XX:PermSize，-XX:MaxPermSize，可以分别调永久带的初始值和最大值。Java 8 后没有这两个参数，因为Java 8后元空间不在虚拟机内，而是在本机物理内存中。

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堆内存调优

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  1. //查看自己机器上的默认堆内存和最大堆内存
  2. public class  Test{
  3.     public static void main(String[] args) {
  4.         System.out.println(Runtime.getRuntime().availableProcessors());
  5.         //返回 Java虚拟机试图使用的最大内存量。物理内存的1/4（-Xmx）
  6.         long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory() ;
  7.         //返回 Java虚拟机中的内存总量(初始值)。物理内存的1/64（-Xms）
  8.         long totalMemory = Runtime.getRuntime().totalMemory() ;
  9.         System.out.println("MAX_MEMORY =" + maxMemory +"(字节)、" + (maxMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
  10.         System.out.println("DEFALUT_MEMORY = " + totalMemory + " (字节)、" + (totalMemory / (double)1024 / 1024) + "MB");
  11.     }
  12. }
  13. /*
  14. *   8
  15.     MAX_MEMORY =1868038144(字节)、1781.5MB
  16.     TOTAL_MEMORY = 126877696 (字节)、121.0MB
  17. * */

注意：
JVM参数调优，平时可以随便调初始大小和最大大小，但是实际工作中，初始大小和最大大小应该是一致的，原因是避免内存忽高忽低产生停顿。

  • IDEA 的JVM内存配置
  1. 点击Run列表下的Edit Configuration

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  1. 在VM Options中输入以下参数:-Xms1024m -Xmx1024m -XX:+PrintGCDetails。

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  1. 运行程序查看结果

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  1. 把堆内存调成10M后，再一直new对象，导致Full GC也无法处理，直至撑爆堆内存，查看堆溢出错误(OOM)，程序及结果如下：

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GC收集日志信息详解

  • 第一次进行YGC相关参数：
    [PSYoungGen: 2008K->482K(2560K)] 2008K->782K(9728K), 0.0011440 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

  • 最后一次进行FGC相关参数：
    [Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(2048K)] [ParOldGen: 4025K->4005K(7168K)] 4025K->4005K(9216K), [Metaspace: 3289K->3289K(1056768K)], 0.0082055 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

面试题

GC是什么（分代收集算法）

  • 次数上频繁收集 Young 区
  • 次数上较少收集 Old 区
  • 基本不动元空间

GC的四大算法（后有详解）

  • 复制算法(Copying)
  • 标记清除(Mark-Sweep)
  • 标记压缩(Mark-Compact)
  • 分代收集算法

下面程序中，有几个线程在运行

答：
有两个线程，一个是 main 线程，一个是后台的 gc 线程。

GC算法概述

知识点

  • JVM 在进行 GC 时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是新生代。因此 GC 按照回收的区域又分了两种类型，一种是普通 GC（minor GC or Young GC），一种是全局 GC（major GC or Full GC）

  • Minor GC 和 Full GC 的区别

普通GC（minor GC）：只针对新生代区域的GC,指发生在新生代的垃圾收集动作，因为大多数Java对象存活率都不高，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。

全局GC（major GC or Full GC）：指发生在老年代的垃圾收集动作，出现了Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但并不是绝对的）。Major GC的速度一般要比Minor GC慢上10倍以上 (因为养老区比较大，占堆的2/3)

GC 四大算法详解

首先看一下判断 Java 中对象存活的算法：

  • 1.引用计数算法：引用计数器算法是给每个对象设置一个计数器，当有地方引用这个对象的时候，计数器+1，当引用失效的时候，计数器-1，当计数器为0的时候，JVM就认为对象不再被使用，是“垃圾”了。
    引用计数器实现简单，效率高；但是不能解决循环引用问问题（A对象引用B对象，B对象又引用A对象，但是A,B对象已不被任何其他对象引用），同时每次计数器的增加和减少都带来了很多额外的开销，所以在JDK1.1之后，这个算法已经不再使用了。
  • 2.根搜索方法：根搜索方法是通过一些“GCRoots”对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，搜索通过的路径成为引用链（ReferenceChain），当一个对象没有被GCRoots的引用链连接的时候，说明这个对象是不可用的。
    GCRoots对象包括：
    1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用的对象。
    2. 方法区域中的类静态属性引用的对象。
    3. 方法区域中常量引用的对象。
    4. 方法栈中JNI（Native方法）的引用的对象。

    四大算法

    1. 复制算法(Copying)

    年轻代中使用的是Minor GC（YGC），这种GC算法采用的是复制算法(Copying)。
    Minor GC会把Eden中的所有活的对象都移到Survivor区域中，如果Survivor区中放不下，那么剩下的活的对象就被移到Old generation中，也即一旦收集后，Eden是就变成空的了。
    当对象在 Eden ( 包括一个 Survivor 区域，这里假设是 from 区域 ) 出生后，在经过一次 Minor GC 后，如果对象还存活，并且能够被另外一块 Survivor 区域所容纳( 上面已经假设为 from 区域，这里应为 to 区域，即 to 区域有足够的内存空间来存储 Eden 和 from 区域中存活的对象 )，则使用复制算法将这些仍然还存活的对象复制到另外一块 Survivor 区域 ( 即 to 区域 ) 中，然后清理所使用过的 Eden 以及 Survivor 区域 ( 即 from 区域 )，并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在 Survivor 区每熬过一次 Minor GC，就将对象的年龄 + 1，当对象的年龄达到某个值时 ( 默认是 15 岁，通过-XX:MaxTenuringThreshold 来设定参数)，这些对象就会成为老年代。
    -XX:MaxTenuringThreshold — 设置对象在新生代中存活的次数

年轻代中的GC,主要是复制算法（Copying）。 HotSpot JVM把年轻代分为了三部分：1个Eden区和2个Survivor区（分别叫from和to）。默认比例为8:1:1,一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区(一些大对象特殊处理),这些对象经过第一次Minor GC后，如果仍然存活，将会被移到Survivor区。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中。因为年轻代中的对象基本都是朝生夕死的(90%以上)，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法，复制算法的基本思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块(from)，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法的优点是不会产生内存碎片，缺点是耗费空间。
在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为“From”的Survivor区，Survivor区“To”是空的。紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到“To”，而在“From”区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到“To”区域。经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，“From”和“To”会交换他们的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程，直到“To”区被填满，“To”区被填满之后，会将所有对象移动到年老代中。

因为Eden区对象一般存活率较低，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区间，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%的from活动区间与另外80%中存活的eden对象转移到10%的to空闲区间，接下来，将之前90%的内存全部释放，以此类推。

蜜汁动画：看不懂请忽略
上面动画中，Area空闲代表to，Area激活代表from，绿色代表不被回收的，红色代表被回收的。
复制算法它的缺点也是相当明显的:

  1. 它浪费了一半的内存，这太要命了。
  2. 如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视。 所以从以上描述不难看出，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服50%内存的浪费。

2 .标记清除(Mark-Sweep)

复制算法的缺点就是费空间，其是用在年轻代的，老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。

用通俗的话解释一下标记清除算法，就是当程序运行期间，若可以使用的内存被耗尽的时候，GC线程就会被触发并将程序暂停，随后将要回收的对象标记一遍，最终统一回收这些对象，完成标记清理工作接下来便让应用程序恢复运行。
主要进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。

  • 标记：从引用根节点开始标记遍历所有的GC Roots， 先标记出要回收的对象。
  • 清除：遍历整个堆，把标记的对象清除。

缺点：此算法需要暂停整个应用，会产生内存碎片

标记清除算法动态版
标记清除算法小结：

  • 1、首先，它的缺点就是效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序，这会导致用户体验非常差劲
  • 2、其次，主要的缺点则是这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，这点不难理解，我们的死亡对象都是随即的出现在内存的各个角落的，现在把它们清除之后，内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这一点，JVM就不得不维持一个内存的空闲列表，这又是一种开销。而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。

    3. 标记压缩(Mark-Compact)

标记压缩(Mark-Compact)又叫标记清除压缩(Mark-Sweep-Compact)，或者标记清除整理算法。老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现

标记清除整理动态版

4. 分代收集算法

当前商业虚拟机都是采用分代收集算法，它根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是把Java堆分为新生代和老年代，然后根据各个年代的特点采用最适当的收集算法，在新生代中，每次垃圾收集都发现有大批对象死去，只有少量存活，就选用复制算法，而老年代因为对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记清理”或者“标记整理”算法来进行回收。

分代收集
图的左半部分是未回收前的内存区域，右半部分是回收后的内存区域。

面试题

问：四种算法那个好？
答：没有那个算法是能一次性解决所有问题的，因为JVM垃圾回收使用的是分代收集算法，没有最好的算法，只有根据每一代他的垃圾回收的特性用对应的算法。新生代使用复制算法，老年代使用标记清除和标记整理算法。没有最好的垃圾回收机制，只有最合适的。

问：请说出各个垃圾回收算法的优缺点
答：

  • 内存效率：复制算法>标记清除算法>标记整理算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）。
  • 内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清除算法。
  • 内存利用率：标记整理算法=标记清除算法>复制算法。

可以看出，效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存，而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标，标记/整理算法相对来说更平滑一些，但效率上依然不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，又比标记/清除多了一个整理内存的过程。

难道就没有一种最优算法吗？Java 9 之后出现了G1垃圾回收器（使用分代收集），能够解决以上问题，有兴趣参考这篇文章。

总结：

  • 年轻代(Young Gen)

年轻代特点是区域相对老年代较小，对像存活率低。
这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对像大小有关，因而很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，通过hotspot中的两个survivor的设计得到缓解。

  • 老年代(Tenure Gen)

老年代的特点是区域较大，对像存活率高。
这种情况，存在大量存活率高的对像，复制算法明显变得不合适。一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。

Mark阶段的开销与存活对像的数量成正比，这点上说来，对于老年代，标记清除或者标记整理有一些不符，但可以通过多核/线程利用，对并发、并行的形式提标记效率。

Sweep阶段的开销与所管理区域的大小形正相关，但Sweep“就地处决”的特点，回收的过程没有对像的移动。使其相对其它有对像移动步骤的回收算法，仍然是效率最好的。但是需要解决内存碎片问题。

Compact阶段的开销与存活对像的数据成开比，如上一条所描述，对于大量对像的移动是很大开销的，做为老年代的第一选择并不合适。

基于上面的考虑，老年代一般是由标记清除或者是标记清除与标记整理的混合实现。以hotspot中的CMS回收器为例，CMS是基于Mark-Sweep实现的，对于对像的回收效率很高，而对于碎片问题，CMS采用基于Mark-Compact算法的Serial Old回收器做为补偿措施：当内存回收不佳（碎片导致的Concurrent Mode Failure时），将采用Serial Old执行Full GC以达到对老年代内存的整理。