浅谈GC

梦里梦外; 2022-03-28 06:56 160阅读 0赞

## JVM GC（垃圾回收机制） ##

在学习Java GC 之前，我们需要记住一个单词：stop-the-world 。它会在任何一种GC算法中发生。stop-the-world 意味着JVM因为需要执行GC而停止了应用程序的执行。当stop-the-world 发生时，除GC所需的线程外，所有的线程都进入等待状态，直到GC任务完成。GC优化很多时候就是减少stop-the-world 的发生。

### JVM GC回收哪个区域内的垃圾？ ###

需要注意的是，JVM GC只回收堆区和方法区内的对象。而栈区的数据，在超出作用域后会被JVM自动释放掉，所以其不在JVM GC的管理范围内。

### JVM GC怎么判断对象可以被回收了？ ###

· 对象没有引用

· 作用域发生未捕获异常

· 程序在作用域正常执行完毕

· 程序执行了System.exit()

· 程序发生意外终止（被杀线程等）

在Java程序中不能显式的分配和注销缓存，因为这些事情JVM都帮我们做了，那就是GC。

有些时候我们可以将相关的对象设置成null 来试图显示的清除缓存，但是并不是设置为null 就会一定被标记为可回收，有可能会发生逃逸。

将对象设置成null 至少没有什么坏处，但是使用System.gc() 便不可取了，使用System.gc() 时候并不是马上执行GC操作，而是会等待一段时间，甚至不执行，而且System.gc() 如果被执行，会触发Full GC ，这非常影响性能。

### JVM GC什么时候执行？ ###

eden区空间不够存放新对象的时候，执行Minro GC。升到老年代的对象大于老年代剩余空间的时候执行Full GC，或者小于的时候被HandlePromotionFailure 参数强制Full GC 。调优主要是减少 Full GC 的触发次数，可以通过 NewRatio 控制新生代转老年代的比例，通过MaxTenuringThreshold 设置对象进入老年代的年龄阀值（后面会介绍到）。

### 按代的垃圾回收机制 ###

新生代（Young generation）：绝大多数最新被创建的对象都会被分配到这里，由于大部分在创建后很快变得不可达，很多对象被创建在新生代，然后“消失”。对象从这个区域“消失”的过程我们称之为：Minor GC 。

老年代（Old generation）：对象没有变得不可达，并且从新生代周期中存活了下来，会被拷贝到这里。其区域分配的空间要比新生代多。也正由于其相对大的空间，发生在老年代的GC次数要比新生代少得多。对象从老年代中消失的过程，称之为：Major GC 或者 Full GC。

持久代（Permanent generation）也称之为 方法区（Method area）：用于保存类常量以及字符串常量。注意，这个区域不是用于存储那些从老年代存活下来的对象，这个区域也可能发生GC。发生在这个区域的GC事件也被算为 Major GC 。只不过在这个区域发生GC的条件非常严苛，必须符合以下三种条件才会被回收：

1、所有实例被回收

2、加载该类的ClassLoader 被回收

3、Class 对象无法通过任何途径访问（包括反射）

可能我们会有疑问：

如果老年代的对象需要引用新生代的对象，会发生什么呢？

为了解决这个问题，老年代中存在一个 card table ，它是一个512byte大小的块。所有老年代的对象指向新生代对象的引用都会被记录在这个表中。当针对新生代执行GC的时候，只需要查询 card table 来决定是否可以被回收，而不用查询整个老年代。这个 card table 由一个write barrier 来管理。write barrier给GC带来了很大的性能提升，虽然由此可能带来一些开销，但完全是值得的。

默认的新生代（Young generation）、老年代（Old generation）所占空间比例为 1 : 2 。

### 新生代空间的构成与逻辑 ###

为了更好的理解GC，我们来学习新生代的构成，它用来保存那些第一次被创建的对象，它被分成三个空间：

· 一个伊甸园空间（Eden）

· 两个幸存者空间（Fron Survivor、To Survivor）

默认新生代空间的分配：Eden : Fron : To = 8 : 1 : 1

每个空间的执行顺序如下：

1、绝大多数刚刚被创建的对象会存放在伊甸园空间（Eden）。

2、在伊甸园空间执行第一次GC（Minor GC）之后，存活的对象被移动到其中一个幸存者空间（Survivor）。

3、此后，每次伊甸园空间执行GC后，存活的对象会被堆积在同一个幸存者空间。

4、当一个幸存者空间饱和，还在存活的对象会被移动到另一个幸存者空间。然后会清空已经饱和的哪个幸存者空间。

5、在以上步骤中重复N次（N = MaxTenuringThreshold（年龄阀值设定，默认15））依然存活的对象，就会被移动到老年代。

从上面的步骤可以发现，两个幸存者空间，必须有一个是保持空的。如果两个两个幸存者空间都有数据，或两个空间都是空的，那一定是你的系统出现了某种错误。

我们需要重点记住的是，对象在刚刚被创建之后，是保存在伊甸园空间的（Eden）。那些长期存活的对象会经由幸存者空间（Survivor）转存到老年代空间（Old generation）。

也有例外出现，对于一些比较大的对象（需要分配一块比较大的连续内存空间）则直接进入到老年代。一般在Survivor 空间不足的情况下发生。

### 老年代空间的构成与逻辑 ###

老年代空间的构成其实很简单，它不像新生代空间那样划分为几个区域，它只有一个区域，里面存储的对象并不像新生代空间绝大部分都是朝闻道，夕死矣。这里的对象几乎都是从Survivor 空间中熬过来的，它们绝不会轻易的狗带。因此，Full GC（Major GC）发生的次数不会有Minor GC 那么频繁，并且做一次Major GC 的时间比Minor GC 要更长（约10倍）。

### JVM GC 算法讲解 ###

1、根搜索算法

根搜索算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT 开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点后，继续寻找这个节点的引用节点。当所有的引用节点寻找完毕后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。

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上图红色为无用的节点，可以被回收。

目前Java中可以作为GC ROOT的对象有：

1、虚拟机栈中引用的对象（本地变量表）

2、方法区中静态属性引用的对象

3、方法区中常亮引用的对象

4、本地方法栈中引用的对象（Native对象）

基本所有GC算法都引用根搜索算法这种概念。

2、标记 - 清除算法

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标记-清除算法采用从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象进行直接回收，如上图。

标记-清除算法不需要进行对象的移动，并且仅对不存活的对象进行处理，在存活的对象比较多的情况下极为高效，但由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，并没有对还存活的对象进行整理，因此会导致内存碎片。

3、复制算法

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复制算法将内存分为两个区间，使用此算法时，所有动态分配的对象都只能分配在其中一个区间（活动区间），而另外一个区间（空间区间）则是空闲的。

复制算法采用从根集合扫描，将存活的对象复制到空闲区间，当扫描完毕活动区间后，会的将活动区间一次性全部回收。此时原本的空闲区间变成了活动区间。下次GC时候又会重复刚才的操作，以此循环。

复制算法在存活对象比较少的时候，极为高效，但是带来的成本是牺牲一半的内存空间用于进行对象的移动。所以复制算法的使用场景，必须是对象的存活率非常低才行，而且最重要的是，我们需要克服50%内存的浪费。

4、标记 - 整理算法

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标记-整理算法采用 标记-清除 算法一样的方式进行对象的标记、清除，但在回收不存活的对象占用的空间后，会将所有存活的对象往左端空闲空间移动，并更新对应的指针。标记-整理 算法是在标记-清除 算法之上，又进行了对象的移动排序整理，因此成本更高，但却解决了内存碎片的问题。

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