8.GC基本原理

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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jvm基本知识	地址
jvm类加载系统	地址
双亲委派模型与打破双亲委派	地址
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运行时数据区-字符串常量池、程序计数器、直接内存	地址
jvm中对象创建流程与内存分配	地址
jvm对象内存布局	地址

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。
在这里插入图片描述

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 null
        Object 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 null
 Object 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

在这里插入图片描述
**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