GC 算法

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http://blog.csdn.net/linsongbin1/article/details/51686158   CMS回收器

heap分为了eden伊甸园，两个幸存代survivor，前三者也叫年轻代，其次是老年代old。

现代虚拟机的实现当中，垃圾搜集的算法主要有三种，分别是标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法

标记-清除算法

现代Java的垃圾回收使用的基本的算法思想是标记-清除算法：

　　标记-清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

　　一种可行的实现是，在标记阶段，首先通过根节点，标记所有从根节点开始的可达对象（从GC ROOT开始标记引用链——又叫可达性算法）。因此，未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。

而这种算法的缺点就是容易出现内存碎片。利用率不高。

标记-压缩算法

现代的Java虚拟机都是使用的分代回收的设计，比如在标记-清除算法的基础上做了一些优化的——标记-压缩算法，适合用于存活对象较多的场合，如老年代。

　　和标记-清除算法一样，标记-压缩算法也首先需要从根节点开始，对所有可达对象做一次标记。但之后，它并不简单的清理未标记的对象，而是将所有的存活对象压缩到内存的一端。之后，清理边界外所有的空间。有效解决内存碎片问题。

复制算法

还有一个算法，针对新生代的回收，叫复制算法

　　和标记-清除算法相比，复制算法是一种相对高效的回收方法，但是 

不适用于存活对象较多的场合如老年代，使用在新生代，

 

原理是

 

将原有的内存空间分为两块，两块空间完全相同，每次只用一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。同样也没有内存

 

碎片产生。

 

 

 

复制算法的缺点是内存的浪费，因为每次只是使用了一般的空间， 而大多数存活对象都在老年代，故复制算法不用在老年代，老年代是Java堆的空间的担保地区。复制算法主要用在新生代。在垃圾回收的时候，大对象直接从新生代进入了老年代存放，大对象一般不使用复制算法，因为一是太大，复制效率低，二是过多的大对象，会使得小对象复制的时候无地方存放。还有被长期引用的对象也放在了老年代。

 

Java的垃圾回收机制使用的是分代的思想。

 

依据对象的存活周期进行分类，短命对象归为新生代，长命对象归为老年代。根据不同代的特点，选取合适的收集算法。少量对象存活（新生代，朝生夕死的特性），适合复制算法，大量对象存活（老年代，生命周期很长，甚至和应用程序存放时间一样），适合标记清理或者标记压缩算法。

 

以上一定注意：Java没有采用引用计数算法！

 

 

 

经过上述总结，想到所有的算法，需要能够识别一个垃圾对象，那么怎么才能识别呢？

 

因此需要给出一个可触及性的定义：

• 可触及的–从GC ROOT这个根节点对象，沿着引用的链条，可以触及到这个对象，该对象就叫可触及的，也就是之前说的可达性算法的思想。
• 可复活的–一旦所有引用被释放，就是可复活状态，因为在finalize()中可能复活该对象（finalize方法只会调用一次）。
• 不可触及的–在finalize()后，可能会进入不可触及状态，不可触及的对象不可能复活，就可以回收了。
• GC准备释放内存的时候，会先调用finalize()。而调用了这个方法不代表对象一定会被回收。因为GC和finalize() 都是靠不住的，只要JVM还没有快到耗尽内存的地步，它是不会浪费时间进行垃圾回收的。
  

最古老的收集器——串行收集器

　　最古老，最稳定，效率高，但是串行的最大问题就是停顿时间很长！因为串行收集器只使用一个线程去回收，可能会产生较长的停顿现象。我们可以使用参数-XX:+UseSerialGC，设置新生代、老年代使用串行回收，此时新生代使用复制算法，老年代使用标记-压缩算法（标记-压缩算法首先需要从根节点开始，对所有可达对象做一次标记。但之后，它并不简单的清理未标记的对象，而是将所有的存活对象压缩到内存的一端。之后，清理边界外所有的空间。有效解决内存碎片问题）。

并行收集器（两种并行收集器）

• 一种是ParNew并行收集器。使用JVM参数设置XX:+UseParNewGC，设置之后，那么新生代就是并行回收，而老年代依然是串行回收，也就是并行回收器不会影响老年代，它是Serial收集器在新生代的并行版本，新生代并行依然使用复制算法，但是是多线程，需要多核支持，我们可以使用JVM参数： XX:ParallelGCThreads 去限制线程的数量。如图：

　　注意：新生代的多线程回收不一定快！看在多核还是单核，和具体环境。、

• 还有一种是Parallel收集器，它类似ParNew，但是更加关注JVM的吞吐量！同样是在新生代复制算法，老年代使用标记压缩算法，可以使用JVM参数XX:+UseParallelGC设置使用Parallel并行收集器+ 老年代串行，或者使用XX:+UseParallelOldGC，使用Parallel并行收集器+ 并行老年代。也就是说，Parallel收集器可以同时让新生代和老年代都并行收集。如图：

很重要的收集器-CMS（并发标记清除收集器Concurrent Mark Sweep）收集器

　　顾名思义，它在老年代使用的是标记清除算法，而不是标记压缩算法，也就是说CMS是老年代收集器（新生代使用ParNew），所谓并发标记清除就是CMS与用户线程一起执行。标记-清除算法与标记-压缩相比，并发阶段会降低吞吐量，使用参数-XX:+UseConcMarkSweepGC打开。

 　　CMS运行过程比较复杂，着重实现了标记的过程，可分为：

• 初始标记，标记GC ROOT 根可以直接关联到的对象（会产生全局停顿），但是初始标记速度快。
• 并发标记（和用户线程一起），主要的标记过程，标记了系统的全部的对象（不论垃圾不垃圾）。
• 重新标记，由于并发标记时，用户线程依然运行（可能产生新的对象），因此在正式清理前，再做一次修正，会产生全局停顿。
• 并发清除（和用户线程一起），基于标记结果，直接清理对象。这也是为什么使用标记清除算法的原因，因为清理对象的时候用户线程还能执行！标记压缩算法的压缩过程涉及到内存块移动，这样会有冲突。
• 并发重置，为下一次GC做准备工作。

 

　　CMS的特点

　　尽可能降低了JVM的停顿时间，但是会影响系统整体吞吐量和性能，比如：

1. 在用户线程运行过程中，分一半CPU去做GC，系统性能在GC阶段，反应速度就下降一半。
2. 清理不彻底。因为在清理阶段，用户线程还在运行，会产生新的垃圾，无法清理。
3. 因为和用户线程基本上是一起运行的，故不能在空间快满时再清理。

可以使用-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置触发CMS GC的阈值，设置空间内存占用到多少时，去触发GC，如果不幸内存预留空间不够，就会引起concurrent mode failure。

可以使用-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection， Full GC后，进行一次整理，而整理过程是独占的，会引起停顿时间变长。

可以使用-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction，设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理。

还可以使用-XX:ParallelCMSThreads，设定CMS的线程数量，一般设置为cpu数量，不用太大。

 

　　为减轻GC压力，我们需要注意些什么？

 　　从三个方面考虑：

• 软件如何设计架构
• 代码如何写
• 堆空间如何分配