3-JVM垃圾回收演算法和垃圾收集器
- 2020 年 5 月 12 日
- 筆記
垃圾回收演算法和垃圾收集器
1.什麼是垃圾回收
對於記憶體當中無用的對象進行回收，如何去判斷一個對象是不是無用的對象。
引用計數法：
每個對象中都會存儲一個引用計數，每增加一個引用就+1，消失一個引用就-1。當引用計數器為0時就會判斷該對象是垃圾，進行回收。
但是這樣會有一個弊端。就是當有兩個對象互相引用時，那麼這兩個對象的引用計數器都不為0，那麼就不會對其進行回收。
可達性分析：
判斷某個對象是否可到達。有兩種方式判斷是否可到達：
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直接引用（上帝視角GC Roots）：就是虛擬機棧幀中的局部或本地變數表、類載入器、static成員、常量引用、Thread等等中的引用直接到達。
為什麼本地或局部變數表裡面的變數有它出發就可以用來判斷GC Roots的判斷標準呢？
因為只用它表示這個棧幀正在被壓棧，正在被使用，這個時候再去回收這個對象不是瘋了嘛！！！同理static、常量也是一樣的道理。
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間接引用：通過別人的引用來達到。
並發的可達性分析（並發標記、浮動垃圾）：//mp.weixin.qq.com/s/EgVPlOLArsWb86Kujykn3A
2.垃圾回收的策略
垃圾收集演算法
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標記-清除
先標記
後清除
弊端一：會有空間碎片問題，空間不連續；這時如果有大一點的對象進來，發現沒有連續的空間記憶體去進行分配，就會再一次的觸發垃圾回收機制。
弊端二：在標記和清除的過程中、會掃描整個堆記憶體；會比較耗時。
有點：簡單、明了、好操作。
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標記-複製
一開始將這個記憶體空間一分為二，兩邊大小相等，一邊使用中的，一邊是保留區未使用的。劃分為這樣示例圖：
在標記和清除之後，將存活的對象複製到另外一邊，在將先前的一邊數據全部清除掉。
之後以此反覆、兩個循環往返。
類似於堆記憶體中的新生代（Young）區中的Survivor區中的S0、S1，所以堆記憶體中的新生代（Young）區一定用的就是複製演算法。
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標記-整理
先標記
後整理。
整理移動之後會得到一片連續的可分配記憶體空間。解決了空間碎片的問題，但是這種方式在標記和整理移動的過程中也是耗時的。
垃圾收集器：評判一個垃圾收集好壞和調優關注的是【高吞吐量、少停頓時間、少垃圾回收次數】
串列：Serial系列；
並行【吞吐量優先】：Paraller系列；
吞吐量：用戶程式碼執行的時間 / （用戶程式碼執行的時間+垃圾收集時間）99/(99+1)=99%。
適用於後台運算，不需要太多的交互場景。
並發【停頓時間優先】：CMS、G1；
適用於用戶交互較多的場景，給用戶更好的體驗感；如Web應用。
JVM垃圾收集器調優的原則：儘可能在停頓時間較低的情況下，追求高的吞吐量和少的垃圾回收次數。
官方JVM垃圾收集器建議：
- 使用默認垃圾收集器
- 調整JVM堆的大小
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- 如果應用程式記憶體空間比較小（比如100MB），直接選擇SerialGC串列收集器。-XX:+UseSerialGC
- 如果應用程式運行在一個單核的CPU，和沒有停頓時間要求的情況下；可以讓JVM自己去選擇或者選擇SerialGC串列收集器。-XX:+UseSerialGC
- 如果應用程式更加關注的吞吐量也沒有停頓時間要求的情況下，可以讓JVM自己去選擇或者選擇並行的ParallelGC。-XX+UseParallelGC
- 如果應用程式對停頓時間要求比較高（比如小於1秒鐘的時間），那麼就選擇CMS或者G1的收集器。-XX:+UseConcMarkSweepGC 或 -XX:+UseG1GC
G1（Garbage-First）：JDK7出現，JDK8推薦使用，JDK9默認垃圾收集器。
G1的整個垃圾收集並清理的過程階段大體上和CMS收集器是不變的。在最後一個階段進行刪選回收（選擇性的回收，進行優先順序的回收：優先回收區域（Region）記憶體活對象較少的）。
重新設計記憶體空間如圖所示：
整個記憶體劃分為一個個大小相等的區域（Region）。邏輯上對這些區域（Region）進行標記，這些標記有Eden區，Survivor區和Old區。這時的物理空間上就不在是連續空間了；之前的空間劃分都是連續的空間。假如回收掉某個Old區的數據，這時這個區域也可能會標位Survivor區或者Eden區。
區域（Region）內還有一個記錄rememberd Set。以前會全盤掃描堆記憶體，是比較耗時的。這時會記錄一個對象存活的地方，對象的引用指向；這樣就不用在全盤掃描了耗時比較低。
官方文檔（G1垃圾收集器的前世今生）：//www.oracle.com/technetwork/tutorials/tutorials-1876574.html
Young Generation（新生代）- 垃圾收集演算法一定是標記-複製演算法的實現
Serial：JDK1.3出現的，單執行緒收集，STW。那時候的CPU還是單核CPU。單執行緒處理效率比較高，在進行垃圾回收的時候，會暫停業務執行緒，等待垃圾回收完成之後，在讓業務執行緒再繼續執行。會搭配老年代的SerialOld配合使用。
這時會出現Stop The World（STW）
ParNew：並行垃圾收集器多個垃圾執行緒一起跑，STW ，停頓時間較多，更加關注吞吐量
複製演算法、並行多執行緒垃圾收集器，解決了單執行緒的局限性，但是還是Stop The World（STW）。
ParallelScavenge
同上
Tenured Generation（老年代）- 這裡是標記-清除、或標記-整理的演算法實現
CMS：JDK5出現的，並發收集，兩個階段會STW（初始標記、重新標記），更加關注停頓時間。在JDK8中已經不推薦使用，JDK8推薦使用G1收集器。
並發：垃圾收集執行緒和業務程式碼執行緒一起跑。但是並不能做到全程一起執行。
因為垃圾收集執行緒在執行的時候對垃圾進行標記，這時業務程式碼執行緒也在執行，也會產生新的垃圾。至少在垃圾收集執行緒在進行標記的階段，業務程式碼暫定的是不執行的。
劃分為四個階段：初始標記、並發標記、重新標記、並發清理。
初始標記：第一階段會Stop The World（STW）。這個階段執行的時間是非常快的，如果開啟多個執行緒，會消耗執行緒之前的切換反而會增加時間成本。
並發標記：第二階段就是可達性分析，對第一階段的垃圾進行跟蹤。在這個階段垃圾執行緒和業務執行緒是一起執行的；為啥可以一起執行呢？因為在第一階段初始標記完成後大局已定，第二階段的並發標記只是做增量的更新。如果此時又產生了垃圾那麼就是浮動垃圾（把原本消亡的對象錯誤的標記為存活狀態），只能等待下次清理。
重新標記：第三階段這時會停止業務程式碼的執行緒Stop The World（STW），會多執行緒垃圾收集器並行一起跑，一起執行。
並發清理：第四階段垃圾收集執行緒和業務程式碼執行緒再次一起執行，一起跑。
特點：並發收集，停頓時間較少。
缺點：會產生浮動垃圾。其次由於採用的是標記-清除這樣的演算法會產生大量的空間碎片。
Serial Old：串列的
Paraller Old：並行的
如何查看當前JAVA程式應用使用的是什麼垃圾收集器：
# 查看進程ID
jps -l
8720 org.jetbrains.jps.cmdline.Launcher
10212 org.jetbrains.idea.maven.server.RemoteMavenServer36
3764
15480 sun.tools.jps.Jps
4216 com.hopefun.scm.WebApplication
# 查看當前進程下是否使用UseParallelGC
jinfo -flag UseParallelGC 4216
-XX:+UseParallelGC
