GC算法

1.GC算法是什么：

     频繁收集Young区；较少收集Old区;基本不动Perm区。

2.GC三大算法总体概述：

       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指新生代，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），一种是全局GC（major GC or Full GC）。

       普通GC（minor GC）：只针对新生代区域的GC。

       全局GC（major GC or Full GC）：针对年老代的GC。

3.GC三大算法

(1) 复制算法：MinorGC（普通GC）

     ① 年轻代中使用的是Minor GC，这种GC算法采用的是复制算法（Copying）

     ② 原理：

     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

     ③ 解释：

     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（80%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，当一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面，复制算法不会产生内存碎片。

     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区中所在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”区域，经过这次"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，知道“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%的活动区间与另外80%中存活的对象转移到10%的内存区间，接下来，将之前90%的内存全部释放，以此类推。

     ④ 劣势

     复制算法弥补了标记/清楚算法中，内存布局混乱的缺点，不过与此同时，它的缺点也是相当明显的。

      a.它浪费了一半的内容，这太要命了。

      b.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复一遍，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) 标记清除算法/标记整理算法：FullGC又叫MajorGC（全局GC）

     ①老年代一般由标记清除或者标记清楚与标记整理的混合实现。

     ②标记清除算法(Mark-Sweep)

     a.标记清除算法原理

      b.标记清除算法劣势

      一个是效率问题，标记和清除过程的效率都不高；另外一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致，当程序在以后的运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

     ③ 标记整理算法(Mark-Compact)

     a.标记整理算法原理

     标记整理算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

      b.标记整理算法劣势

     标记整理算法唯一的缺点就是效率不高，不仅要标记所有的存活对象，还要整理所有存活对象引用的地址，用效率上来说，标记整理算法低于复制算法。

(3) 小总结：

     ①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）。

     ②内存整齐度：复制算法=标记整理算法>标记清楚算法

     ③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，但效率上依旧不尽如人意，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？

     答案是无，没有最好的算法，只有最合适的算法======>分代收集算法(Generational Collection)。

年轻代（Young Gen）

     年轻代特点是区域相对老年代较小，对象存活率低。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象大小有关，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，对象存活率高。这种情况，存在大量存活率高的对象，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象的数量成正比，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，回收的过程没有对象的移动，使其相对其它有对象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象的数据成正比，如上一条所描述，对于大量对象的移动是很大开销的，作为老年代的第一选择并不合适。

     基于上面的考虑，老年代一般由标记清除或者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，对于对象的回收效率很高，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。

永久代(Permanent Space)：存储class类，常量，方法描述：回收废弃常量和无用类。

      分代收集法：也就是Jvm的垃圾回收所使用的算法，这种算法，既提高了内存空间的使用，而且根据各代的特点，针对处理，减少了cpu的使用率，提高了性能。

3.垃圾回收器（GC）算法的前世今生

(1) Mark-Sweep算法：

     Mark-Sweep算法，也称为：标记-清除法，这是最基本的垃圾回收器算法，过程如下：

     ① Mark-Sweep分为：标记阶段和清除阶段

     ② 标记要回收的对象，清除回收被标记所占的空间

     PS：一个是效率问题，标记和清除过程的效率都不高；另外一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致，当程序在以后的运行过程中需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

(2) Copying算法(复制算法)：

上面说了Mark-Sweep算法，有很大的问题，所以，算法不停的改进，产生了Copying算法，具体情况如下：

① 将内存分为大小相等的两块，每次只使用一块

② 将活着的对象复制到另一块上，使用的清除掉

         PS：不容易产生内存碎片，但是内存会缩减到以前的一半，如果存活对象多，效率会很低，所以可以于新区的时候。

(3) Mark-Compact算法(标记整理算法)：

     为了解决，空间浪费的问题，算法继续改进，Mark-Compact算法问世，具体情况如下：

     ① 标记阶段和Mark-Sweep一样

     ② 完成标记后，不直接清除回收对象，将对象移向一段

     ③ 清理边界内存

     ps：标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

(4) Generational Collection算法

         分代收集算法，听名字就知道，因为我们根据存活的生命周期分为了：新生代，老年代和永久代，具体情况如下：

① 根据存活的生命周期将内存分为若干个区：新生代和老年代和永久代

② 新生代：每次都回收大量对象——>Copying复制法

③ 老年代：每次都回收少量对象——>Mark-Compact法

④ 永久代：存储class类，常量，方法描述：回收废弃常量和无用类

         分代收集法：也就是Jvm的垃圾回收所使用的算法，这种算法，既提高了内存空间的使用，而且根据各代的特点，针对处理，减少了cpu的使用率，提高了性能。