垃圾收集与内存分配 - 《深入理解Java虚拟机》ch03笔记

程序计数器、Java虚拟机栈、本地方法栈三个区域是线程私有的，栈帧大小编译时已经确定，随着方法执行而生死，无须考虑垃圾收集。而Java堆和方法区内存使用情况则在运行期动态变化，Java垃圾收集专指这两个区域

一、判断对象已死

1. 引用计数

被广泛使用，如：Python、ActionScript、Microsoft COM等，但Java中未使用，因为很难解决对象循环依赖问题

2. 可达性分析

基于“GC Roots”，如果对象没有到达GC Roots的路径，认为对象已死，需要内存回收。

垃圾收集算法

1. 标记-清除（Mark-Sweep）

2. 标记-整理（Mark-Compact）

3. 复制算法（Copying）

二、垃圾收集器

                                                                          图1

说明：

两个收集器有连线代表能够搭配使用，黑框里面是新生代收集器，红框是老年代收集器。G1可以同时做为新生代和老年代收集器使用

1. Serial收集器

新生代、单线程收集器，使用复制算法。Client模式下默认新生代垃圾收集器，在单个CPU环境，桌面应用场景是很好的选择。

2. Serial Old收集器

是Serial收集器老年代版本，同样单线程，使用标记-整理算法，在Client模式和Serial搭配使用。在Server模式下两个作用，1) JDK1.5及以前与PS搭配使用 2) 作为CMS收集器后被方案，在并发收集出现Comcurrent Mode Failure时使用

3. PS收集器

新生代、多线程，关注吞吐量而不是停顿时间。低停顿适合交互性强的应用，而高吞吐量适合后台的计算任务。提供两个吞吐量相关参数：-XX:MaxGCPauseillis和-XX:GCTimeRatio参数

MaxGCPauseillis代表垃圾收集时，最大停顿时间

GCTimeRatio代表垃圾收集时间占总时间的比率

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy开启自适应调节策略，虚拟机根据当前运行情况，动态调整细节参数

4. Parallel Old收集器

是PS收集器的老年代版本，多线程，标记-整理算法。JDK1.6时出现，之前PS只能和Serial Old使用，这个组合在老年代比较大，硬件配置较高性能不一定令人满意。JDK1.6之后，可以与PS收集器搭配使用，形成了名副其实的“吞吐量优先”组合。

5. ParNew

新生代收集器，是Serial收集器的多线程版本，在收集算法，控制参数等很多方面和Serial一样。是Server模式下首选新生代收集器，因为除了Serial只有ParNew能够和CMS配合使用。

6. CMS收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是以低停顿为目标的，老年代收集器，使用标记-清除算法。在JDK1.5发布，是第一个真正意义上的并发收集器，可以在用户线程运行时，进行垃圾回收工作。

有3个缺陷

1) 对CPU资源敏感：由于是垃圾收集线程与用户线程并发执行，所以堆CPU资源使用量较高

2) 产生内存碎片：标记-清除算法，产生内存碎片，如果大对象无法分配连续空间不得不提前进行Full GC。有-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection和-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction两个参数可以一定程度缓解此问题。

3) 无法处理浮动垃圾：如果CMS运行期间，内存无法满足用户线程使用，出现Comcurrent Mode Failure，就必须启动备案：临时启用Serial Old重新进行老年代垃圾收集，这样的话，停顿反而变长了。

7. G1收集器

G1（Garbage-First）是JDK1.7中才正式发布的，面向服务端，未来目标是取代CMS收集器。对于内存布局和其他收集器已经很大不同，G1是基于Region来进行内存划分的。而新生代和老年代的概念虽然还存在，但已经不是物理隔离的了。

G1虽然已经正式发布，但还没有太多的应用和测试数据。如果追求高吞吐量，G1不会带来特别好处，对于低停顿时间，G1可以作为一个选择。

三、内存分配与回收

1. 对象优先在新生代Eden区分配

    优先在Eden区分配，当Eden区没有足够空间，则进行一次Minor GC。

    新生代具体划分为三个区域：一个相对大点的区域，称为”伊甸园区(Eden)”；两个相对小点的区域称为”From 幸存区(From Survivor)”和”To 幸存区(To Survivor)”。

    Minor GC过程：在GC前To 幸存区保持清空,对象保存在 Eden和 From 幸存区中（首次Minor GC，From 幸存区也是空的），GC运行时,Eden中的幸存对象被复制到 To 幸存区。针对 From 幸存区中的幸存对象，会考虑对象年龄,如果年龄没达到阀值，对象会被复制到To 幸存区，如果达到阀值对象被复制到老年代。复制阶段完成后，Eden 和From 幸存区中只保存死对象，可以视为清空。如果在复制过程中To 幸存区被填满了，剩余的对象会被复制到老年代中。最后 From 幸存区和 To幸存区会调换下名字，在下次GC时，To 幸存区会成为From 幸存区。

2. 大对象直接进入老年代

    用-XX:PretenureSizeThreshold配置阀值，大于此阀值的对象直接在老年代分配

3. 新生代中长期存活的对象进入老年代

    为新生代对象标记年龄，从Eden区域移动到Survivor区域（From Survivor区域）后，年龄为1，每熬过一次Minor GC，年龄加一。到达-XX:MaxTenuringThreshold配置的阀值后，从From Survivor区域移动到到老年代

4. 动态年龄判断

    如果在Survivor空间中相同年龄对象大小总和大于Survivor空间一半时，大于等于此年龄的对象移动到老年代。

5. 空间分配担保

    老年区为新生代的Minor GC过程作内存上的分配担保。如果Eden和From Survivor对象占用总内存空间小于老年代最大连续内存空间，则Minor确保是安全的（担保成功），进行Minor GC。如果大于，查看JVM的HandlePromotionFailure参数是否允许担保失败，如果不允许则进行Full GC，如果允许则判断老年代最大连续内存空间是否大于历次Minor GC进入老年代对象内存大小，如果大于则进行一次冒险的Minor GC，如果小于则进行Full GC。

注：对于JDK 6 Update 24之后，HandlePromotionFailure参数已无效，直接判断老年代最大连续内存空间是否大于历次Minor GC进入老年代对象内存大小，其余过程不变。