JVM内存回收机制及回收器-一目了然

一、概述

内存回收，分析出所以然，为什么如此设计，内存回收，如整理屋子。用户就是系统，其实和普通的系统没有大区别。

需求：

正确

高效（不能对用户线程有较大的影响）

二、设计

我来设计的话，一些基本的问题。

哪些对象需要被回收？

谁来回收？ JVM

在哪里回收?  一般堆上，栈上回收比较困难

在什么时候回收？ 

怎么回收？

第一个问题：

     哪些对象需要被回收？

我们需要先标记出来，

大致有两个标记的算法，

第一：引用计算法。就是 引用了就加1，减少一个引用就减1.但是无法解决 互相引用的问题。故JAVA没有采用了。为什么别的语言采取了，我也不知道。

第二：根搜索算法

从根 GC roots开始找，如果是根不可达的对象就是 可回收的对象。JAVA JVM就是采取这种方式实现的。

第二问题：

     谁来回收？

     那肯定要一个名称，叫垃圾回收器，运行在回收线程里面。垃圾回收器具体要解决什么时候做，如何回收的问题。

第三个问题：在哪里回收?

一般在堆上。栈上回收比较困难，栈上也可以进行内存回收，不过条件太苛刻了。

第四个问题与第五个问题一起回答了：

在什么时候回收？  基本是在内存不够用的时候。每个收集器还所有不同。

垃圾回收基本的思想是：stop-the-world再回收，就如：不能在打扫卫生的时候同时再仍新的垃圾。

但是CMS、与将出世的 G1会打破这个界限，实现 边打扫卫生，还边扔垃圾。

怎么回收：一般有三个基本的算法： 

1、标记清除：直接标记，再清除掉需要回收的内存。（产生大量的内存碎片）

2、标记复制：用两个一样的大小的内存，总只有一块再用，回收时没有回收的部分直接复制到另一块上去。

3、标记整理：先标记，让所有存活的对象向一段移动，然后直接清除掉边界外的内存。

java中的处理：

根据对象的存活生命周期将不同的内存分为几块。新生代与老年代

新生代有大量的对象死去，只有少量的对象存活，所以用复制算法。

老年代对象存活周期长，没有额外的担保空间，就必须用 标记清除 与标记整理 的算法。

以下再描述下：

为了解决对象生命周期长短对回收的影响，在hotSpot中主要分为了：

young与old区。

young区的大部分对象基本可以回收，所以采取了标记复制算法。（复制算法就是浪费了50%的内存），为了不浪费太多的内存，采取了 两个交换区与一个Eden区。交换区互换地存下每次young gc留下来的对象，如果存不下就需要 old区来担保了（多余的对象直接进入old区）。

old区内存一般停留比较久，内存也比较大，他也找不到担保内存了，也不可能把内存分为两部分互相拷贝。所以一开始就采取了标记整理的算法。（开始一直认为标记清除 算法会产生大量的内存碎片，会很不好，后来回收器设计者的想法可能变了）。

根据线程数为单线程与多线程，追求 目标不同。先后有：

young区：Serial（单线程）、parNew(多线程)、Parallel Scavenge(多线程，追求高的CPU吞吐量，与前者的并行是不同的实现)。

Old区：Serial Old(单线程，是Serial的Old版本)、Parallel Old(多线程，追求高的CPU吞吐量,是Parallel Scavenge的Old版本)

【

问题1：？为什么parNew没有Old的版本呢？

可能是 

Parallel Old 已经好用了，没有必要再弄一个parNew Old吧。不过有点牵强。还有原因就是 没有资源弄了，大家都开发g1去了。嘿嘿。。。

问题2：？为什么young区有两个多线程的回收器？

可能是：他们的来源不一样，一个是自己实现的，一个用了部分Exact VM的分代式GC框架的思想。这个也是Parallel Scavenge与CMS不兼容的原因。

】

     CMS(coururrent Mark Sweep)收集器，可以容许 用户线程与回收线程在回收的大部分时间里并行运行。

算法是：

标记清除，因为不需要移动对象的内存，所以实现并发处理相对简单些。

CMS大致的过程是：

初始标记，并发标记（与用户线程并发运行），重新标记，并发清除（与用户线程并发运行）。

在并发清除中，（用户线程还在运行）会产生浮动垃圾，垃圾一多，用户线程不能申请内存时，会产生 Concurrent Mode Failure错误，再会触发一次Serial Old Full GC，这个也是下图：CMS与Serial Old连着的原因.

【

为什么会触发一个 单线程的 full gc呢.估计原因是没有时间做多线程的。

后来把资源投入到了 Garbage Collection 的研发上去了。

】

在jdk7中估计会产生重量级的垃圾回收器 Garbage First简称G1。此改进了CMS的内存碎片的问题，把算法由 标记清除，变为了标记整理。主要是 把堆再分为不同的小区，对垃圾较多的优先回收。基本能实现 实时java的垃圾收集器。

下图展示了目前jdk1.6的回收器。回收器连线表示可以互相协同作战。旁边有一些参数主要作为调试用。

三、结尾

没有一个垃圾回收器能解决所有的问题，针对不同的场景需要不同的垃圾回收器。单线程的Serial与Serial Old也不是不好，在单CPU下他就是最好的。

也希望JAVA能推出新一代的垃圾回收器，为我们高效低回垃回收内存。

四、参考资料

 《深入理解java虚拟机》

Garbage Collection：http://labs.oracle.com/jtech/pubs/#gc