JVM內存回收機制簡述

JVM內存回收機制涉及的知識點太多了，了解越多越迷糊，汗一個，這里僅簡單做個筆記，主要參考《深入理解Java虛擬機：JVM高級特性與最佳實踐（第二版）》

目前java的jdk默認虛擬機為HotSpot，因此本文涉及虛擬機相關內容都指HotSpot虛擬機

本文主要關注GC的回收：判斷哪些對象可回收，如何回收，回收機制

判斷哪些對象可回收

GC是通過對象是否存活來決定是否進行回收，判斷對象是否存活主要有兩種算法：引用計數算法、可達性分析算法

• 引用計數算法
  引用計數的算法原理是給對象添加一個引用計數器，每被引用一次計數器加1，引用失效時減1，當計數器0后表示對象不在被引用，可以被回收了，引用計數法簡單高效，但是存在對象之間循環引用問題，可能導致無法被GC回收，需要花很大精力去解決循環引用問題
• 可達性分析算法
  可達性分析的算法原理是從對象根引用（堆棧、方法表的靜態引用和常量引用區、本地方法棧）開始遍歷搜索所有可到達對象，形成一個引用鏈，遍歷的同時標記出可達對象和不可達對象，不可達對象表示沒有任何引用存在，可以被GC回收

如何回收

　　找到可回收對象后，如何進行回收呢？

　　內存回收算法主要有標記-清除、停止-復制、標記-整理，不同算法使用不同的場景，總體來說停止-復制算法適合對象存活時間短，存活率低的新生代，標記-清除和標記-整理算法適合對象存活時間長，存活率高的老年代

• 標記-清除(Mark-Sweep)
  通過可達性分析算法標記所有不可達對象，然后清理不可達對象。這種算法會形成大量的內存碎片
• 停止-復制(Stop-Copy)
  將新生代內存按照8:1:1的比例分為一個eden區和兩個survivor(survivor0,survivor1)區，回收時先將eden區存活對象復制到一個survivor0區，然后清空eden區，當這個survivor0區也存放滿了時，則將eden區和survivor0區存活對象復制到另一個survivor1區，然后清空eden和這個survivor0區，此時survivor0區是空的，然后將survivor0區和survivor1區交換，即保持survivor1區為空， 如此往復，當survivor1區不足以存放 eden和survivor0的存活對象時，就將存活對象直接存放到老年代(這時我們可能回想，若是老年代也滿了咋辦，若是老年代也滿了就會觸發一次Full GC，也就是新生代、老年代都進行回收，若是內存還不夠呢。。。，還不夠那不廢話了嗎，OutOfMemory，不陌生吧哈哈)。從停止-復制算法的原理上我們可以看到，這種算法對于存活率較低的對象回收有著非常高的效率，而且不會形成內存碎片，但是會浪費一定的內存空間，適合對象存活率較低的新生代使用，如果在對象存活率較高的老年代采用這種算法，那將會是一場災難
• 標記-整理(Mark-Compact)
  通過可達性分析算法標記所有不可達對象，然后將存活對象都向一個方向移動，然后清理掉邊界外的內存。這種算法是將存活對象向著一個方向聚集，然后將剩余區域清空，這種算法適合對象存活率較高的老年代
  
  

GC回收機制：分代收集算法

JVM內存收集算法基本上都是采用分代收集算法，即將內存劃分為新生代、老年代，也有人把方法區算做永久代

• 新生代
  對象被創建時，內存分配都是發生在新生代(大對象直接分配在老年代)，絕大多數對象都是朝生夕滅，創建后很快就會不在使用，變為不可達的對象，被GC回收掉。新生代的對象存活率很低(到底有多低？研究表明有高達98%的對象創建后很快就消亡，想象一下平時編程，除了全局變量，局部變量在退出調用方法后還有幾個能存活)，存活時間都很短，新生代發生的GC也叫做Minor GC，MinorGC發生頻率比較高(不一定等Eden區滿了才觸發)
• 老年代
  當對象在新生代發生了多次Minor GC后仍然存活的對象即進入老年代，老年代的對象比新生多很多，當然了內存比新生代也大很多(大概比例是1:2，即新生代占用堆內存總量的1/3)，當老年代內存滿時觸發Major GC即Full GC，Full GC發生頻率比較低，老年代對象存活時間比較長，存活率標記高

一般來說我們所說的GC都是發生在新生代和老年代，新生代對象存活時間短，存活率低一般采用停止-復制算法，老年代對象存活時間長，存活率高，一般采用標記-整理、標記-清楚算法，具體采用何種算法和具體采用的垃圾收集器有關

GC里面有些類似未成年人和成年人，新創建的對象為新生代，新生代想要成為老年代需要經過一定的成長(總得一點點長大是吧)，新創建的對象年齡為1，每發生一次Minor GC，存活對象的年齡增加1，當經歷了15次Minor GC后,仍然存活的對象達到15歲，成達到法定成年年齡15歲(默認是15)，正式成為成年人(老年代)，對象成年后也就沒有了年齡概念，直到對象死亡，會一直呆在老年代，當然也有一些老不死的(靜態變量、常量等)，會與世長存，除非地球滅亡(GC崩潰)

GC收集器

GC采用分代回收算好后，起著重要作用的是GC收集器，GC收集器分為新生代收集器和老年代收集器，不同的收集器使用不同的收集算法，有著不同的特點，由于目前的收集器在內存回收時無法消除（Stop-the-world），即在回收內存時不可避免的停止用戶線程，目前的收集器只能使停頓時間越來越短，但是無法徹底消除，主要的收集其中Parallel Scavenge和Parallel Old是追求吞吐量為目標，其它的收集器都是追求高響應，低停頓，

　　新生代收集器：Serial、PraNew、Parallel Scavenge

　　老年代收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS

• Serial收集器（復制算法)
  新生代單線程收集器，標記和清理都是單線程，優點是簡單高效。
• Serial Old收集器(標記-整理算法)
  老年代單線程收集器，Serial收集器的老年代版本。
  
• ParNew收集器(停止-復制算法)
  新生代收集器，可以認為是Serial收集器的多線程版本,在多核CPU環境下有著比Serial更好的表現。
• Parallel Scavenge收集器(停止-復制算法)
  并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般為99%， 吞吐量= 用戶線程時間/(用戶線程時間+GC線程時間)。適合后臺應用等對交互相應要求不高的場景。
• Parallel Old收集器(停止-復制算法)
  Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量優先
• CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（標記-清理算法）
  高并發、低停頓，追求最短GC回收停頓時間，cpu占用比較高，響應時間快，停頓時間短，多核cpu 追求高響應時間的選擇
• G1（Garbage-First)收集器(標記-整理算法、停止復制算法)
  GC最新型號，高富帥，高并發、可預測停頓、分代收集，不出意外未來主流將會逐步替代CMS，g1模糊了分代概念，雖然還是分為新生代和老年代，但是新生代和老年代不再是物理隔離，而是將內存分為n個region，以region為清理單位，整體采用標記-整理算法，region內部使用停止-復制算法。