java 垃圾回收机制以及经典垃圾回收器详解

判断对象存活方法

引用计数法：在对象中添加一个引用计数子，每当一个地方引用他时，计数器就加一，当引用失效时，计数器就减一。

会有对象循环引用问题：

objA.instance = objB
objB.instance = objA

objA 有objB 的引用 objB 有 objA 的引用，他们相互引用着对方。导致他们无法回收。

可达性分析：

从GC Roots 根对象作为起点，根据引用关系向下搜索，如果对象可达，就说明对象存活，如果对象不可达，就说明对象可以被回收。

GC Roots的根对象为：

1)在虚拟机栈 栈帧中的 本地变量表 中引用的对象

2）方法区静态属性引用的对象

3）方法区常量引用 的对象，如字符串常量池中的引用

4）本地方法栈中JNI引用的对象

5）虚拟机内部引用的对象，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象等，还有系统类加载器

6）被同步锁持有的对象

等

收集线程和用户线程在并发可达性分析

并发 的可达性分析，由于用户线程会即时修改对象的引用关系， 可能会造成两种异常：

1）原本消亡的对象错误标记为存活，这个可以接受，就造成浮动垃圾，下一次收集即可。

2）原本存活的对象 标记为 消失。

三色法分析图：

黑色：已经扫描过的对象

灰色：已经访问过，但还有一个引用没有被扫描

白色：为被访问过，若到最后还是白色，说明此对象是需要回收的。

黑色误标记为白色有两个条件

1）复制器插入一条或多条从黑色对象到白色对象的新引用

2）复制器删除了全部从灰色对象到该白色对象的直接或间接的引用

解决方法：

1）增量更新，破坏条件1，把黑色对象对白色对象的新增引用记录下来，等并发扫描结束后，再以这些对象出发重新扫描。

2）原始快照（SATB），破解条件2，当灰色对象要删除对白色对象的引用关系时，记录下来。并发结束后再以记录节点开始重新扫描。

分代收集

堆：

新生代（1/3） 老年代（2/3）

新生代 分为 Eden/From/To

新生代存放：比较小，时长比较小

老年代：比较大 存放时长比较大

轻GC

重GC(full GC) -> STW(停止事件)，fallGc特别费资源

Eden -> from <-> To -> old

对象在from和to循环15（默认）次之后，会放到老年代

垃圾收集算法

标记-清除 算法：

算法分为标记 和 清除两个阶段，首先标记出所需要回收的对象，标记完成之后，统一回收所标记的对象。

优点：最基础的算法，实现简单

缺点：1）执行效率不稳定，对象越多，效率越低

2）内存碎片化，需要分配大对象时可能无足够连续的空间。

代表垃圾收集器：

标记复制算法（复制算法）：

把内存分为大小相等的两块，每次只使用其中一款，当一块快用完时，它将存活的对象复制到另一块上。

优点：能产生连续的空间

缺点：耗内存，对象存活率较高时，效率会降低（不适合老年代）。

代表垃圾收集器： 很多新生代的回收，都用这种算法。

标记整理 算法

首先标记出所需要的对象，标记完成后，对存活对象移动到内存的一段，然后清除边界外的对象。

优点：有连续的内存空间;系统吞吐量（用户线程和收集器的效率总和）会提高。

缺点：整理内存耗时会比较大，会造成 “Stop The World”;

代表垃圾收集器：Parallel Scavenge收集器

CMS中主要用标记清除算法，但是当内存碎片化到影响对象分配时，就会使用一次标记整理算法 去整理内存碎片。

垃圾收集器

Serial收集器

最基础最悠久的垃圾收集器，叫做 串行收集器，它进行垃圾收集的时候，会停止用户线程（Stop the world）。

新生代垃圾收集器用 Serial，基于复制算法

老年代垃圾收集器用 Serial Old，基于标记整理算法。

优点：所有垃圾收集器中内存消耗最小的,对单核或单线程处理器来说，效率很高。运行在客户端

缺点：stop the world

ParNew收集器

​ ParNew收集器就是Serial收集器的多线程并行版，除了支持多线并行收集之外，没有太多创新之处。

CMS垃圾收集器作为老年代垃圾收集器，不能与Parallel Scavenge配合工作，只能选择 ParNew或者Serial收集器。

Parallel Scavenge收集器

新生代垃圾收集器，基于 标记复制算法，也是可以通过并行收集的多线程收集器。他关注 吞吐量（用户线程时间/总时间）。

CMS 垃圾收集器

CMS 收集器是一种以获取最短停顿时间作为目标的垃圾收集器。基于标记清除算法。

步骤：

​ 初始标记->并发标记->重新标记->并发清除

1）初始标记：stop the world,标记GC ROOT 能直接关联的对象，速度很快

2）并发标记：从GC Root直接关联的对象开始遍历整个对象图，时间较长，但与用户线程并行

3）重新标记：stop the world，修正并发标记期间对象的状态的改变（增量更新算法，标记新的黑色指向白色的引用），时间也比较短。

4）并发清除：与用户线程同步。

优点：并发收集、低停顿。

缺点：

1）对处理器资源敏感，当处理器核心数量在四个以下时，CMS对用户程序影响很大。

2）有浮动垃圾，并发标记时会产生新的垃圾，但是CMS本次不会清理它，要等到下一次才会清理。从而可能造成内存不够而产生Stop the world 的Full GC

3）基于标记清除算法，会产生大量的空间碎片，而触发Full GC

G1垃圾收集器

关注吞吐量和延迟时间的最佳平衡。

从整体看，主要采用标记整理算法，从局部看，是标记-复制算法（两个Region 之间的复制）。

G1把 java对 划分为多个大小相等独立区域 Region，每一个Region 都可以根据需要，扮演 Eden空间、Survivor空间或者老年代空间。

G1对年代的划分存在概念上，它可以不是连续的区间。。

Region 还有一类特殊的Humongous区域，专门存储大对象（1M-32M，可配），把超过Region大小的对象分配在连续的 Humongous Region之中。

每次收集时以Region作为最小单元，G1收集器去根据Region里面垃圾队的价值大小，在后台维护一个优先级列表，优先处理回收价值收益最大的那些Region（每次收集到的内存大小及回收时间的经验值）。

G1至少耗费打印java堆容量的10%到20%来维持收集工作。

TAMS指针：在并发过程中保存新建的对象。

STAB:灰色引用对白色引用的删除 记录下来。

G1的步骤：

1）初始标记：stop the world，仅仅标记GC ROOTs 能直接关联的对象，并且修改TAMS指针

2）并发标记：从GC ROOTS 直接关联的对象出发，扫描对象图（并还要处理SATB记录下并时有变动的对象），时间长，但是与用户线程并行，

3）最终标记：stop the world，短暂，处理遗留下来的少量SATB记录

4）帅选回收：stop the world，负责更新Region的统计数据，对Region的回收价值和成本进行排序。根据用户所期望的停顿时间（JVM参数可配）来制定回收计划。可以自由选择多个Region作为回收集，然后把存活的对象复制到空的Region中，然后清空回收集的Region。

除了并发标记外，其它都用停止用户线程，目标不是单纯的追求低延迟，而是延迟可控的情况下获取最大的吞吐量（用户线程时间/总时间，总时间为用户线程时间+垃圾收集时间）。

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持我们。