垃圾收集器(GC)

垃圾收集器(Garbage Collection, GC)

1、概述

垃圾收集(Garbage Collection, GC)的历史远远比java久远，很久之前人们就开始思考GC需要完成的三件事情：

*那些内存需要回收？

*什么时候回收？

*如何回收？

到如今，内存的动态分配与内存回收技术已经相当成熟，一切看起来都进入了“自动化”时代，那我们去了解GC和内存分配的目的何在呢？其实当需要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时，当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时，我们就需要实施必要的监控和调节。

java内存运行时区域中的各个部分的内存分配和回收都具备确定性，不需要过多考虑垃圾回收的问题；而java堆和方法区不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存。

堆中几乎存放着java世界所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，首先要确定哪些对象“存活”着，哪些对象已经死去(即已经没有任何途径使用的对象)。

判断对象是否“存活”的算法：

• 引用计数算法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加1，当引用失效时，计数器就减1；任何时刻计数器都为0的对象就是不可能在被使用的。

java中没有使用它的原因是：它很难解决对象之间的相互循环利用的问题

• 根搜索算法

通过一系列的名为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象 GC Roots 没有任何引用链相连时，则此对象是不可用的。

下面介绍垃圾收集算法：

• 标记-清除算法

首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。标记的过程就是判断对象是否存活的方法。

它的主要缺点有两个：一是效率低下，二是标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，如果程序需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存，这时候就会再次触发垃圾收集的动作。

• 复制算法

为了解决标记-清除算法的效率问题，产生了复制算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存使用完了，就将还存活的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

现在的商业虚拟机都是按照这种收集算法来回收新生代的，不过是分成了一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中的一块Survivor，空闲的那块Survivor(内存的分配担保)就相当于银行贷款时候的担保人。Eden和Survivor的大小比例是8：1 。

• 标记-整理算法

复制收集算法在对象存活率较高的时候效率低下，而且需要额外的空间进行分配担保。所以老年代一般不能直接选用这种算法。所以就有了标记-整理算法，标记的过程和标记-清除算法一样，下来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。

• 分代收集算法

根据各个年代的特点采用最适合的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现大批对象死去，只有少量存活，就选择复制算法，而老年代中因为对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用标记-整理算法进行回收。

垃圾收集器

收集算法是内存回收的思想或者说是方法论，垃圾收集器就是内存回收的具体实现。java虚拟机规范中没有对垃圾收集器的实现做出任何规定。

                                                 

这是HotSpot JVM 1.6 的垃圾收集器，两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。

• Serial收集器

Serial收集器是最基本的收集器，它是一个单线程的收集器，它在进行垃圾收集的时候，必须暂停其他所有的工作线程（Stop The World），直到它收集结束。Serial收集器的工作过程如下图：

相对于其他收集器的单线程，它简单而高效，现在依然是虚拟机运行在Client模式下的默认新生代收集器。

• ParNew收集器

ParNew收集器是Serial收集器的多线程版本，除了使用多条线程进行垃圾收集之外，其余行为包括Serial收集器可用的所有控制参数、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器完全一样。ParNew收集器的工作过程如下图：

它是许多运行在Server模式下的虚拟机首选的新生代收集器。

• Parallel Scavenge收集器

Parallel Scavenge收集器也是一个新生代收集器，是使用复制算法的并行的多线程收集器。它的目标是达到一个可控制的吞吐量（CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值）。

• Serial Old收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，也是单线程收集器，使用标记-整理算法。Serial Old收集器的工作过程如下图：

• Parallel  Old收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和标记-整理算法。在注重吞吐量及CPU资源敏感的场合，优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器。Parallel Old收集器的工作过程如下图：

• CMS 收集器

CMS收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。是基于标记-清除算法实现的。CMS收集器的工作过程如下图：

它的优点是并发收集、低停顿，缺点是①对CPU资源非常敏感；②无法处理浮动垃圾；③收集结束时会产生大量空间碎片。

• G1收集器

G1收集器是基于标记-整理算法实现的收集器，不会产生空间碎片；可以非常精确地控制停顿，既能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不能超过N毫秒。

G1将整个java堆划分为多个大小固定的独立区域，并且跟踪这些区域里面的垃圾堆积程度，在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收垃圾最多的区域。

内存分配与回收策略

①对象优先在Eden分配；

②大对象直接进入老年代；

③长期存活的对象将进入老年代

④动态对象年龄判定。