一、jvm垃圾回收要做的事情

• 哪些記憶體需要回收
• 什麼時候回收
• 怎麼回收

二、如何判斷物件已經死亡，或者說確定為垃圾

1. 引用計數法：

   給物件中新增一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器的值就加1；當引用失效時，計數器值就減1；任何時刻計數器為0的物件就是不可能再被使用的。這也就是需要回收的物件，簡單地說，即一個物件如果沒有任何與之關聯的引用，即他們的引用計數都為 0，則說明物件不太可能再被用到，那麼這個物件就是可回收的物件。

   引用計數法是物件記錄自己被多少程式引用，引用計數為零的物件將被清除。

   計數器表示的是有多少程式引用了這個物件（被引用數）。計數器是無符號的整數。

2. 根搜尋演算法：

　　　　通過一系列成為GC roots的點作為起點，向下搜尋，當一個物件到任何GC Roots時沒有引用鏈相連，則說明物件已經死亡。

　　　　如果在GC roots和一個物件之間沒有可達路徑（引用鏈），則稱該物件是不可達的。要注意的是，不可達物件不等價於可回收物件，不可達物件變為可回收物件至少要經過兩次標記 過程。兩次標記後仍然是可回收物件，則將面臨回收。

　　　　jvm會將以下的物件定義為GC Roots:

 

• Java虛擬機器棧中引用的物件：比如方法裡面定義這種區域性變數 User user= new User();
• 方法區中的靜態屬性引用的物件：比如 private static User user = new User();
• 常量引用的物件：比如 private static final  User user = new User();
• 本地方法棧（JNI）中引用的物件

三、垃圾回收演算法

1. 標記清除演算法（Mark-Sweep）

　　　　是最基礎的垃圾回收演算法，分為兩個階段，標註和清除。標記階段標記出所有需要回收的物件，清除階段回收被標記的物件所佔用的空間。首先從根開始將可能被引用的物件用遞迴的方式進行標記，然後將沒有標記到的物件作為垃圾進行回收。

 

 

從圖中我們就可以發現，該演算法最大的問題是記憶體碎片化嚴重，後續可能發生大物件不能找到可利用空間的問題。

 

 

　　2. 複製演算法（copying）

　　　為了解決 Mark-Sweep 演算法記憶體碎片化的缺陷而被提出的演算法。按記憶體容量將記憶體劃分為等大小 的兩塊。每次只使用其中一塊，當這一塊記憶體滿後將尚存活的物件複製到另一塊上去，把已使用 的記憶體清掉，如圖：

 

 

 

 

 

 這種演算法雖然實現簡單，記憶體效率高，不易產生碎片，但是最大的問題是可用記憶體被壓縮到了原 本的一半。且存活物件增多的話，Copying 演算法的效率會大大降低。

　　

　　3.標記整理演算法(Mark-Compact)

　　　結合了以上兩個演算法，為了避免缺陷而提出。標記階段和 Mark-Sweep 演算法相同，標記後不是清 理物件，而是將存活物件移向記憶體的一端。然後清除端邊界外的物件。如圖：

 

 

 

四、分代收集演算法

　　介紹：分代收集法是目前大部分 JVM 所採用的方法，其核心思想是根據物件存活的不同生命週期將記憶體 劃分為不同的域，一般情況下將 GC 堆劃分為老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老生代的特點是每次垃圾回收時只有少量物件需要被回收，新生代的特點是每次垃圾回收時都有大量垃圾需要被回收，因此可以根據不同區域選擇不同的演算法。

1. 新生代與複製演算法

　　　　目前大部分 JVM 的 GC 對於新生代都採取 Copying 演算法，因為新生代中每次垃圾回收都要 回收大部分物件，即要複製的操作比較少，但通常並不是按照 1：1 來劃分新生代。一般將新生代 劃分為一塊較大的 Eden 空間和兩個較小的 Surviror 空間(From Space, To Space)，每次使用 Eden 空間和其中的一塊 Survivor 空間，當進行回收時，將該兩塊空間中還存活的物件複製到另 一塊 Survivor 空間中。

　　

 

 

 假設from space為s0,to space 為s1

演算法過程：

1. Eden+S0可分配新生物件；
2. 對Eden+S0進行垃圾收集，存活物件複製到S1。清理Eden+S0。一次新生代GC結束。
3. Eden+S1可分配新生物件；
4. 對Eden+S1進行垃圾收集，存活物件複製到S0。清理Eden+S1。二次新生代GC結束。
5. 迴圈1。

　　2.老年代與標記整理演算法

老年代因為每次只回收少量物件，因而採用 Mark-Compact 演算法。

1. JAVA 虛擬機器提到過的處於方法區的永生代(Permanet Generation)，它用來儲存 class 類， 常量，方法描述等。對永生代的回收主要包括廢棄常量和無用的類。

2. 物件的記憶體分配主要在新生代的 Eden Space 和 Survivor Space 的 From Space(Survivor 目 前存放物件的那一塊)，少數情況會直接分配到老生代。

3. 當新生代的 Eden Space 和 From Space 空間不足時就會發生一次 GC，進行 GC 後，Eden Space 和 From Space 區的存活物件會被挪到 To Space，然後將 Eden Space 和 From Space 進行清理。

4. 如果 To Space 無法足夠儲存某個物件，則將這個物件儲存到老生代。

5. 在進行 GC 後，使用的便是 Eden Space 和 To Space 了，如此反覆迴圈。

6. 當物件在 Survivor 區躲過一次 GC 後，其年齡就會+1。預設情況下年齡到達 15 的物件會被 移到老生代中。

 

五、分割槽收集演算法

分割槽演算法則將整個堆空間劃分為連續的不同小區間, 每個小區間獨立使用, 獨立回收. 這樣做的 好處是可以控制一次回收多少個小區間 , 根據目標停頓時間, 每次合理地回收若干個小區間(而不是 整個堆), 從而減少一次 GC 所產生的停頓。

 

六、java中的四種引用

• 強引用

在 Java 中最常見的就是強引用，把一個物件賦給一個引用變數，這個引用變數就是一個強引 用。當一個物件被強引用變數引用時，它處於可達狀態，它是不可能被垃圾回收機制回收的，即 使該物件以後永遠都不會被用到 JVM 也不會回收。因此強引用是造成 Java 記憶體洩漏的主要原因之一，直接new的物件就是強引用的。

• 軟引用

軟引用需要用 SoftReference 類來實現，對於只有軟引用的物件來說，當系統記憶體足夠時它 不會被回收，當系統記憶體空間不足時它會被回收。軟引用通常用在對記憶體敏感的程式中。

• 弱引用

弱引用需要用 WeakReference 類來實現，它比軟引用的生存期更短，對於只有弱引用的物件 來說，只要垃圾回收機制一執行，不管 JVM 的記憶體空間是否足夠，總會回收該物件佔用的記憶體。

• 虛引用

虛引用需要 PhantomReference 類來實現，它不能單獨使用，必須和引用佇列聯合使用。虛 引用的主要作用是跟蹤物件被垃圾回收的狀態。

 

七、GC 垃圾收集器

Java 堆記憶體被劃分為新生代和年老代兩部分，新生代主要使用複製和標記-清除垃圾回收演算法； 年老代主要使用標記-整理垃圾回收演算法，因此 java 虛擬中針對新生代和年老代分別提供了多種不 同的垃圾收集器，JDK1.6 中 Sun HotSpot 虛擬機器的垃圾收集器如下：

 

新生代：

1.  Serial 垃圾收集器（單執行緒、複製演算法）

Serial（英文連續）是最基本垃圾收集器，使用複製演算法，曾經是JDK1.3.1 之前新生代唯一的垃圾 收集器。Serial 是一個單執行緒的收集器，它不但只會使用一個 CPU 或一條執行緒去完成垃圾收集工 作，並且在進行垃圾收集的同時，必須暫停其他所有的工作執行緒，直到垃圾收集結束。 Serial 垃圾收集器雖然在收集垃圾過程中需要暫停所有其他的工作執行緒，但是它簡單高效，對於限 定單個 CPU 環境來說，沒有執行緒互動的開銷，可以獲得最高的單執行緒垃圾收集效率，因此 Serial 垃圾收集器依然是 java 虛擬機器執行在 Client 模式下預設的新生代垃圾收集器。

　　 2.ParNew 垃圾收集器（Serial+多執行緒）

ParNew 垃圾收集器其實是 Serial 收集器的多執行緒版本，也使用複製演算法，除了使用多執行緒進行垃 圾收集之外，其餘的行為和 Serial 收集器完全一樣，ParNew 垃圾收集器在垃圾收集過程中同樣也 要暫停所有其他的工作執行緒。 ParNew 收集器預設開啟和 CPU 數目相同的執行緒數，可以通過-XX:ParallelGCThreads 引數來限 制垃圾收集器的執行緒數。ParNew雖然是除了多執行緒外和Serial 收集器幾乎完全一樣，但是ParNew垃圾收集器是很多 java 虛擬機器執行在 Server 模式下新生代的預設垃圾收集器。

　　3.Parallel Scavenge 收集器（多執行緒複製演算法、高效）

Parallel Scavenge 收集器也是一個新生代垃圾收集器，同樣使用複製演算法，也是一個多執行緒的垃 圾收集器，它重點關注的是程式達到一個可控制的吞吐量（Thoughput，CPU 用於執行使用者程式碼 的時間/CPU 總消耗時間，即吞吐量=執行使用者程式碼時間/(執行使用者程式碼時間+垃圾收集時間)）， 高吞吐量可以最高效率地利用 CPU 時間，儘快地完成程式的運算任務，主要適用於在後臺運算而 不需要太多互動的任務。自適應調節策略也是 ParallelScavenge 收集器與 ParNew 收集器的一個 重要區別。

 

老年代：

　　4.Serial Old 收集器（單執行緒標記整理演算法 ）

Serial Old 是 Serial 垃圾收集器年老代版本，它同樣是個單執行緒的收集器，使用標記-整理演算法， 這個收集器也主要是執行在 Client 預設的 java 虛擬機器預設的年老代垃圾收集器。 在 Server 模式下，主要有兩個用途：

　　　　1. 在 JDK1.5 之前版本中與新生代的 Parallel Scavenge 收集器搭配使用。

　　　　2. 作為年老代中使用 CMS 收集器的後備垃圾收集方案。

新生代 Parallel Scavenge 收集器與 ParNew 收集器工作原理類似，都是多執行緒的收集器，都使 用的是複製演算法，在垃圾收集過程中都需要暫停所有的工作執行緒。

　　

　　5.Parallel Old 收集器（多執行緒標記整理演算法）

Parallel Old 收集器是Parallel Scavenge的年老代版本，使用多執行緒的標記-整理演算法，在 JDK1.6 才開始提供。 在 JDK1.6 之前，新生代使用 ParallelScavenge 收集器只能搭配年老代的 Serial Old 收集器，只 能保證新生代的吞吐量優先，無法保證整體的吞吐量，Parallel Old 正是為了在年老代同樣提供吞 吐量優先的垃圾收集器，如果系統對吞吐量要求比較高，可以優先考慮新生代 Parallel Scavenge 和年老代 Parallel Old 收集器的搭配策略。

 

　　6.Parallel Old 收集器（多執行緒標記整理演算法）

Parallel Old 收集器是Parallel Scavenge的年老代版本，使用多執行緒的標記-整理演算法，在 JDK1.6 才開始提供。 在 JDK1.6 之前，新生代使用 ParallelScavenge 收集器只能搭配年老代的 Serial Old 收集器，只 能保證新生代的吞吐量優先，無法保證整體的吞吐量，Parallel Old 正是為了在年老代同樣提供吞 吐量優先的垃圾收集器，如果系統對吞吐量要求比較高，可以優先考慮新生代 Parallel Scavenge 和年老代 Parallel Old 收集器的搭配策略。

　　

　　7.CMS 收集器（多執行緒標記清除演算法）

Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一種年老代垃圾收集器，其最主要目標是獲取最短垃圾 回收停頓時間，和其他年老代使用標記-整理演算法不同，它使用多執行緒的標記-清除演算法。 最短的垃圾收集停頓時間可以為互動比較高的程式提高使用者體驗。

 

 

　　8.G1 收集器

Garbage first 垃圾收集器是目前垃圾收集器理論發展的最前沿成果，相比與 CMS 收集器，G1 收 集器兩個最突出的改進是：

　　　　1. 基於標記-整理演算法，不產生記憶體碎片。

　　　　2. 可以非常精確控制停頓時間，在不犧牲吞吐量前提下，實現低停頓垃圾回收。 G1 收集器避免全區域垃圾收集，它把堆記憶體劃分為大小固定的幾個獨立區域，並且跟蹤這些區域 的垃圾收集進度，同時在後臺維護一個優先順序列表，每次根據所允許的收集時間，優先回收垃圾 最多的區域。區域劃分和優先順序區域回收機制，確保 G1 收集器可以在有限時間獲得最高的垃圾收 集效率。

 

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