Java全面解讀垃圾回收機制
阿新 • • 發佈：2018-12-22
1. JVM垃圾回收機制與實現
- 堆：所有的物件例項與陣列，GC堆，分為新生代與老年代
- 棧：棧幀包含區域性變量表（基本資料型別 8種、物件引用型別）、運算元棧、動態連結、方法出口
- 方法區：類資訊、常量、靜態變數、即時編譯器編譯後的程式碼等資料，也成為永久代
一般說棧指的是 虛擬機器棧，或者說是虛擬機器棧中的區域性變量表
TLAB：本地執行緒分配緩衝，執行緒分配記憶體，現用TLAB分配，用完重新分配新的TLAB
可以設定是否啟用TLAB
Mark Word：物件頭：物件自身的執行時資料，雜湊嗎，GC分代年齡，鎖狀態，持有的鎖，偏向執行緒ID，偏向時間戳
HotSpot採用直接指標訪問，棧中直接指向物件的地址，物件移動時，需要改變棧中的reference
2、垃圾回收演算法
- 標記清除演算法 Mark-sweep
存在效率問題與空間問題（產生大量不連續的記憶體碎片） - 複製演算法（Copying）：應用十分廣泛，將記憶體分為一塊較大的Eden和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和其中一塊Survivor。回收時，將Eden與Survivor複製到另一塊Survivor是哪個。
預設Eden與Survivor的比例是8:1 - 標記整理演算法（Mark-Compact） 適用於老年代，將所有存活的物件都向一端移動，然後直接清理掉端邊界以外的記憶體
3 垃圾回收的其他概念
- Stop The World：從GC Roots進行可達性分析是，為了保持一致性，停頓所有的Java執行執行緒。就像時間凍結
- 準確式GC：虛擬機器可以知道記憶體中某個位置的資料具體是什麼型別
- OopMaps：用來記錄物件引用，HotSpot使用,類載入過程中，把物件內的偏移量上是什麼資料計算出來。
- 安全點：SafePoint 既程式執行時並非在所有地方都能停頓下來，只有安全點才能停頓。程式長時間執行的特徵，例如：方法呼叫、迴圈跳轉、異常跳轉等
- 搶先式中斷和主動式中斷：搶先式首先把所有的執行緒全部中斷，如果發現有執行緒不在安全點上，則回覆執行緒；主動式中斷：通過設定標誌，執行緒執行時輪詢標誌，發現標誌則自己中斷。
- 安全區域（Safe Region）：如果程式不執行的時候，就沒法中斷，所以需要安全區域，一段程式碼片段中，應用關係不發生變化，則為安全區域
4 垃圾回收器
- Serial：新生代，採用複製演算法，老年代採用標記整理演算法，單執行緒，需要Stop The Worls，Client模式下的預設新生代收集器
- ParNew：Serial的多執行緒版本，新生代採用複製演算法，老年代採用標記整理演算法。Server模式的首選新生代收集器，因為目前只有它與Serial能與CMS收集器配合工作，在多CPU>2的情況下，有更好的效能
- Parallel（並行） Scavenge：新生代收集器，複製演算法，關注吞吐量，吞吐量=執行使用者程式碼的時間/（執行使用者程式碼的時間+垃圾收集時間），適合在後臺運算而不需要太多互動的任務。可以設定吞吐量大小eg：GCTimeRatio，也成為吞吐量優先收集器。可以自動控制新生代的大小、Eden與Suvivor的比例、晉升老年代的年齡，自適應調節策略是Paralle Scavenge與Parnew的最大區別
- Serial Old：serial老年代版本，client模式下使用，可以為Paralle Scavenge收集器搭配使用，或者作為CMS的後備
- Parallel Old：Parallel Scavenge的老年代版本，標記整理演算法，注重吞吐量與CPU資源敏感，可以用優先使用Parallel Scavengen+Parallel Old
- CMS（Concurrent併發 Mark Sweep）：一種獲取最短回收停頓時間為目標的收集器。目前大量使用在網際網路站或者B/S系統的服務端上，尤其重視服務的響應速度。基於標記-清除演算法
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4個步驟
1.初始標記 需要Stop the World標記一下GCRoots能夠直接關聯到的物件，速度很快
2.併發標記 進行GCRoots Tracing的過程，耗時較長，併發
3.重新標記 需要Stop the World為了修正併發標記期間因為使用者程式繼續運作
而導致標記產生變動的那一部分物件的標記記錄，比初始標記階段階段稍長，比並發標記時間短得多
4.併發清除：耗時較長，併發
5.併發重置 ：這個階段，重置CMS收集器的資料結構，等待下一次垃圾回收。
CMS的優點：併發收集、低停頓
對CPU資源非常敏感，因為併發標記與併發清理的過程會佔用CPU，
預設啟動的回收執行緒數是（CPU數量+3）/4，當CPU 小於4時，佔用了不少於%25的CPU資源。
CPU越多，佔用降低，因此提出了ICMS（Incremental Concurrent Mark Sweep）增量式併發收集器
CMS無法處理浮動垃圾（Floating Garbage）因此可能出現Concurrent Mode Failure，
導致另一次Full GC的出現。
老年代使用達到一定標準，就會啟用CMS，JDK1.5預設%68,1.6預設%92，
如果執行期間預留的記憶體無法滿足程式需要，就會出現Concurrent Mode Failure，臨時啟用Serial OLD
由於使用標記-清除演算法，產生了大量空間碎片，
如果無法找到足夠大的連續空間來分配當前物件，不得不出發一下Full GC。
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G1 收集器 Garbage First。一款新的面向服務端的收集器
並行與併發：充分利用多CPU來縮短Stop The World的時間 分代收集：不需要其他收集器，可以獨立管理GC堆 空間整合：整體上是標記-整理演算法，區域性上是複製演算法 可預測的停頓：建立可預測的停頓時間模型 通過將堆空間劃分成多個相等的獨立區域，新生代與老年代不再是物理隔離的，他們都是一部分Region的集合。 有計劃的避免Full GC，G1跟蹤各個Region裡面的垃圾的價值大小 （回收所獲得的的空間大小與回收所需時間的比值）， 在後臺維護一個優先列表。每次都根據允許的收集時間，優先回收價值最大的Region。 1 初始標記 標記GCRoots 能夠直接關聯到的物件，並且修改TAMS 2 併發標記 從GC roots進行可達性分析 3 最終標記 修正標記期間因為使用者程式繼續運作而導致的標記變化 4 篩選回收 制定回收計劃，進行回收,與CMS不同的是，篩選回收過程在最終標記後直接進行，需要Stop The world 由於只回收一部分Region，時間是使用者可以控制的，而且停頓使用者執行緒將大幅度提高收集效率。- 1
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5新生代與老年代的劃分
- 物件有限分配在Eden，Eden沒空間則進行一次Minor GC（新生代GC）
- 長期存活的物件，進入老年代，預設為15次，初始為0，每經過一次Minor GC+1，預設15晉升老年代，也可以調整閥值
- 大於閥值 PretenureSizeTreshold的直接進入老年代，避免Eden與兩個Survivor產生大量的記憶體複製。
動態物件年齡判定：如果在Survivor中相同連年大小的總和大於Survivor的一般，年齡大於或者等於該年齡的物件直接進入老年代
空間分配擔當：如果老年代最大可用的連續空間大於新生代所有的物件的總空間，Minor Gc則可以確保是安全的的，可以設定是否允許擔保失敗，如果允許，則嘗試進行MinorGC，否則進行FullGC。如果MinorGC存活物件過多，出現了HandlePromotionFailure，則在失敗後發起FullGC。
一般允許擔保失敗，避免FullGC過於頻繁。
6 FullGC 、Minor Gc 、Major GC
Full==MajorGC
Minor GC:新生代垃圾回收，非常頻繁，一般速度比較快
Major Gc：老年代垃圾回收，經常會伴隨一次MinorGC，一般比MinorGC慢10倍以上
7哪些物件可作為GC Roots物件？
虛擬機器棧中應用的物件
方法區裡面的靜態物件
方法區常量池的物件
本地方法棧JNI應用的物件