目录
- 概述
- 垃圾回收
- 引用计数法 (Reference Counting)
- 根可达分析算法 (GCRooting Tracing)
- 对象引用类型
- 强引用
- 软引用
- 弱引用
- 清除垃圾
- 1.标记-清除算法 (Mark-Sweep)
- 2.复制算法 (Copying)
- 3.标记-整理算法 (Mark-Compact)
- 分代回收 (Generational Collection)
- 垃圾回收器
- GC-串行收集器
- Serial与SerialOld
- 并行收集器
- Parallel Scavenge (Stop)
- Parallel Old
- ParNew
- CMS
- Garbage-First (G1)
- G1内存划分
- ZGC
- 结束
概述
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垃圾回收
垃圾回收是必须的，不然 jvm 内存很快就会满。
没有被引用的对象，称之为垃圾对象。
垃圾对象查找方式
- 引用计数法 (Reference Counting)
- 根可达分析算法 (GCRooting Tracing)
引用计数法 (Reference Counting)
当对象引用消失，对象就称为垃圾
堆内存中主要存在三种引用关系：
- 单一引用
- 循环引用
- 无引用
由上图可知，引用计数法，是无法发现循环引用这种情况的，易发生内存泄露问题。性能也是有问题的，要全部遍历一次，这是这种计数法的缺陷。
根可达分析算法 (GCRooting Tracing)
通过 GCRoots作为对象起点向下搜索，当一个对象到 GCRoots 没有任何引用链时，此对象是垃圾。
引用链 (ReferenceChain) : GCRoots 搜索走过的路径
垃圾对象死亡前至少经历两次标记：
- 第一次：可达性分析，没有引用链对象会被第一次标记
- 第二次：标记后的对象会经历筛选，如果筛选不通过，则会被第二次标记
对象引用类型
对象引用有哪些？
jdk 1.2之后，java对象的引用进行了扩充：强引用、软引用、弱引用、虚引用
| 引用类型 | 被垃圾回收时间 | 用途 | 生存时间 |
|---|---|---|---|
| 强引用 | 从来不会 | 对象的一般状态 | jvm停止时终止 |
| 软引用 | 内存不足时 | 对象缓存 | 内存不足时终止 |
| 弱引用 | 正常GC | 对象缓存 | GC后终止 |
| 虚引用 | 正常GC | 类似事件回调机制 | GC后终止 |
| 无引用 | 正常GC | 对象的一般状态 | GC后终止 |
强引用
代码中普遍的存在，只要强引用还在，就不会被GC。
Object obj = new Object();
软引用
非必须引用，内存溢出之前进行回收，如内存还不够，才会抛出异常。
package com.fun.info;import java.lang.ref.SoftReference;public class Reference {public static void main(String[] args) {Object obj = new Object();SoftReference<Object> sf = new SoftReference<>(obj);obj = null;// 有时候会返回 nullObject o = sf.get();System.out.println("o==" + o);}
}
应用场景：软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
例如：
应用需要读取大量本地文件，如果每次读取都从硬盘读取会严重影响性能，如果一次性全部加载到内存，内存可能会溢出
可以使用软引用解决这个问题，使用一个HashMap来保存文件路径和文件对象管理的软引用之间的映射关系。
内存不足时，jvm会自动回收缓存文件对象的占用空间，有效避免 OOM 问题
HashMap<String, SoftReference<InputStream>> fileCache = new HashMap<>();
弱引用
非必须引用，只要有GC，就会被回收。
Object o1 = new Object();WeakReference<Object> wf = new WeakReference<>(o1);o1 = null;// 有时候会返回 nullObject o2 = wf.get();// 返回是否被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾boolean enqueued = wf.isEnqueued();System.out.println("o1 = " + o2);System.out.println("enqueued =" + enqueued);
- 虚引用是每次垃圾回收的时候都会被回收，通过虚引用的get方法永远获取到的数据为null，因此也被称为幽灵引用
- 作用：跟踪对象被垃圾回收的状态，仅仅是提供一种确保对象被回收后，做某些事情的机制。类似监听机制。
ThreadLocal中ThreadLocalMap就是用了弱引用。
清除垃圾
1.标记-清除算法 (Mark-Sweep)
- 分为
标记和清除两个阶段：- 标记：标记出所有需要回收对象
- 清除：统一回收掉所有对象
- 缺点：
- 执行效率不稳定
- 空间碎片：会产生大量不连续内存碎片
2.复制算法 (Copying)
- 内存分为两块，清除垃圾时，将存活对象复制到另一块
- S0和S1区就是基于这个算法诞生的
- Eden:S = 8:2
- 不用担心S区不够，由Old做内存担保
- 优缺点：
- 优点：没有内存空间碎片化
- 缺点：存在空间浪费
3.标记-整理算法 (Mark-Compact)
- 标记：标记出所有需要回收对象
- 清除：统一回收掉所有对象
- 整理：将所有存活对象向一端移动
- 优缺点：
- 优点：空间没有浪费，没有内存碎片化问题
- 缺点：性能较低
分代回收 (Generational Collection)
- 新生代：选择
复制算法，弱分代假说 - 老年代：选择
标记-清除或标记-整理，强分代假说
垃圾回收器
有 8 种不同的垃圾回收器，它们分别用于不同分代的垃圾回收
新生代 (复制算法) ： Serial 、ParNew 、Parallel Scavenge
老年代 (标记-清除、标记-整理)：SerialOld、Parallel Old、CMS
整堆：G1、ZGC
GC-串行收集器
Serial与SerialOld
配置参数：-XX:+UseSerialGC
特点：
- Serial新生代收集器，单线程执行，使用复制算法
- SerialOld老年代收集器，单线程执行，使用标记-整理算法
- 进行垃圾收集时，必须暂停用户线程
SafePoint
垃圾回收时，是需要暂停用户线程的，如果产生垃圾的速度大于回收的速度，那永远回收不了。
SafePoint线程挂起的点主要有：
- 循环的末尾
- 方法返回前
- 调用方法的call之后
- 抛出异常的位置
并行收集器
Parallel Scavenge (Stop)
配置参数： -XX:+UseParallelGC
特点：简称 PS
- 吞吐量优先收集器，垃圾收集需要暂停用户线程
- 新生代使用并行回收器，采用复制算法
- 老年代使用串行收集器，采用标记-整理算法
Parallel Old
配置参数： -XX:+UseParallelOldGC
特点：
- PS收集器的老年代版本
- 吞吐量优先收集器，垃圾收集需要暂停用户线程，对 CPU 敏感
- 新生代使用复制算法
- 老年代使用并行收集器，采用
标记-整理算法
ParNew
配置参数： -XX:+UseParNewGC
配置参数： -XX:ParallelGCThreads=n、垃圾收集线程数
特点：
- 新生代并行ParNew，老年代串行SerialOld
- Serial的多线程片
- 单核CPU不建议使用
CMS
配置参数： -XX:+UseConcMarkSweepGC
特点：
- 低延时，减少STW(Stop-The-World)对用户的影响
- 并发收集，用户线程与收集线程一起执行，对CPU资源敏感
- 不会等待堆填满再收集，到达阀值就开始收集
- 采用
标记-清除算法，所以会产生内存碎片
实际上是精细了标记阶段的流程，降低 STW 来实现低延时
- 初始标记阶段：会STW，标记出GCRoots可以关联到的对象 ，关联对象较少，所以很快
- 并发标记阶段：不会STW，遍历GCRoots直接对象的引用链，耗时长
- 重新标记阶段：会STW，修正并发标记期间的新对象记录
- 并发清除阶段：不会STW，清除垃圾对象，释放内存空间
Garbage-First (G1)
G1是一款面向服务端应用的全功能垃圾收集器，大内存 企业配置的主要是G1。
配置参数： -XX:+UseG1GC
特点
- 吞吐量和低延时都行的整堆垃圾收集器
- G1最大堆内存 32M2048 = 64GB，最小堆内存 1M2048=2GB，低于此值不建议使用
- 全局使用
标记-整理算法收集，局部采用复制算法收集 - 可预测的停顿：能让使用者指定GC消耗时间(超过这个时间，则判断无回收价值，不会回收，即筛选回收)，默认是200ms。
详细流程：
- 初始标记：会STW，标记出GCRoots可以关联到的对象，耗时短
- 并发标记：不会STW，遍历GCRoots直接对象的引用链，耗时长
- 最终标记：会STW，修正并发标记期间，标记产生变动的那部分
- 筛选回收：会STW，对各个Region的
回收价值和成本排序，根据用户期望GC停顿时间确定回收计划
G1内存划分
**取消新生代与老年代的物理划分：**采用若干个固定大小的Region
Region区类型(逻辑上)：
- Eden区
- Survivor
- Old
- Humongous 当对象的容量超过了Region的50%，则被认为是巨型对象
# 使用G1垃圾收集器
-XX:+UseG1GC
# 设置期望达到的最大GC停顿时间指标(jvm会尽力实现，但不保证达到)，默认值是 200 毫秒
-XX:MaxGCPauseMillis=
# 设置的 G1 区域的大小。值是 2 的幂，范围是 1MB 到 32MB 之间
# 目标是根据最小的 java 堆大小划分出约 2048 个区域
# 默认是堆内存的 1/2000
-XX:G1HeapRegionSize=n
# 设置并行垃圾回收线程数，一般将n的值设置为逻辑处理器的数量，建议最多为8.
-XX:ParallelGCThreads=n
# 设置并行标记的线程数。将n设置为ParallelGCThreads的1/4左右。
-XX:ConcGCThreads=n
# 设置触发标记周期的 java 堆占用率阀值。默认占用率是整个 java 堆的 45%
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n
ZGC
ZGC (Z Garbage Collector) 在 jdk11 中引入 的一种可扩展的低延迟垃圾收集器，在jdk15中发布稳定版本
配置参数： -XX:+UseZGC
特点：
- <1ms最大暂停时间(jdk16是10ms，jdk16+是<1ms)，不会随着堆内存增加而增加
- 适合内存8MB，16TB
- 并发，基于Region、压缩、NUMA感知、使用色彩指针、使用负载屏障
- 垃圾收集算法：标记-整理算法
- 主要目标：低延时
相关参数：
# 启用ZGC
-XX:+UseZGC
# 设置最大堆内存
-Xmx
# 打印 GC 日志
-Xlog:gc
# 打印 GC 详细日志
-Xlog:gc*
结束
至此，GC基本原理就结束了，如有疑问，欢迎评论区留言。
