GC详解

GC（垃圾回收）详解

JVM

1.年轻代：年轻代主要存放新创建的对象，垃圾回收会比较频繁。(稍微讲细一点就是即可，年轻代分成Eden Space和Suvivor Space。当对象在堆创建时，将进入年轻代的Eden Space。垃圾回收器进行垃圾回收时，扫描Eden Space，如果对象仍然存活，则复制到Suvivor Space。) 2.年老代：年老代主要存放JVM认为生命周期比较长的对象（在扫描Suvivor Space时，如果对象已经经过了几次的扫描仍然存活，JVM认为其为一个持久化对象，则将其移到Old Gen。） 3.持久代：持久代主要存放类定义、字节码和常量等很少会变更的信息。

GC算法基础

1、引用计数法：无法解决循环引用的问题，不被java采纳

2、根搜索算法：从根结点扫描，只要这个对象在引用链中，那就是可触及的。

现代虚拟机中的垃圾搜索算法：

标记清除复制算法（新生代）标记压缩（老年代）这三种算法都扩充了根搜索算法。

1、标记清除算法

概念： 标记清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。标记清除将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

标记阶段：首先通过根结点，标记所有从根节点开始的可达对象。因此未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。
清除阶段：在清除阶段，清除所有未被标记的对象。

实践：在堆中的有效空间被耗尽时，就会停止整个程序（stop the world），然后进行标记清除。

标记：遍历所有的GC Roots，然后将所有的GC Roots可达的对象标记为存活的对象。
清除：清除的过程将遍历堆中的所有的对象，将没有标记的对象全部清除。

标记清除算法的缺点：

等待时间长（递归与全堆对象遍历），导致stop the world的时间很长。
不能解决内存碎片的问题

2、复制算法

概念： 将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中的一块。在垃圾回收的时候，将存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。

不适用于存活对象较多的场合，如老年代（复制算法适合做新生代的GC），和标记清除算法相比解决了内存碎片的问题。

复制算法的缺点：

空间浪费，复制算法每次都只对半区内存进行回收，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且重要的是要克服50%的内存浪费。
如果要应对所有对象都100%存活的极端情况，就必须要有很大的额外空间担保，所以这种算法不适用很多的对象存活率都很高的时候（老年代）。
新生代：Eden区、Surivor区（From区和to区）

现代商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，新生代中的对象98%都是“朝生夕死”的，所以并不需要1：1的比例来划分内存空间，而是将内存划分为一块比较大的Eden区和两块比较小的Surivor空间（From区和to区），每次使用Eden和其中一块Surivor。当回收的时候，先根据分代收集算法将年龄大的对象放入老年代，然后将Eden和Surivor中还存活着的对象一次性的复制到另一块Surivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Surivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Surivor的大小比例是8：1，也就是说，每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空间会被浪费。

当然，我们没法保证每次回收都只有不超过10%的对象存活，当Surivor空间不够用时，需要依赖于老年代进行分配，所以大对象直接进入老年代。

3、标记-整理算法

概念： 在标记-清除算法的基础上做了一些优化，和标记-清除算法一样，首先需要从根结点开始，对所有可达对象做一次标记。但是之后，将所有存活的对象压缩到内存一端，然后清理边界外所有的空间。

实践：

标记：遍历所有的GC Roots，然后将所有的GC Roots可达的对象标记为存活的对象。
整理：移动所有存活的对象，按照内存地址依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。
标记-压缩算法不仅可以弥补标记-清除算法的内存碎片问题，也消除了复制算法中，额外内存空间的问题。

标记-整理算法的缺点：

效率很低，不仅要标记所有存活的对象，还要整理所有存活对象的引用地址。效率是上面两个算法中最低的。

4、标记-清除算法、复制算法、标记整理算法的总结

效率：复制算法>标记-整理算法>标记-清除算法
内存整齐度：复制算法=标记/整理算法>标记/清除算法。
内存利用率：标记/整理算法=标记/清除算法>复制算法。

5、分代收集算法

概念： 根据对象的存活周期的不同，将堆内存划分为老年代和新生代。存活时间短的对象未新生代，寻获时间长的为老年代。

实践：

少量对象存活，适合复制算法，在新生代中，每次GC都会有大量对象死亡，那么就选择用复制算法。
大量对象存活，适合标记-清理\标记-压缩算法，在老年代中，对象存活率高，就用标记-清理\标记-压缩算法进行GC。

6、Stop-The_World

java中一种全局暂停的现象，全局停顿，所有代码停止，native代码可以执行，但不能和JVM交互。多半情况下时由于GC引起的。

危害：

长时间服务停止，没有响应（将用户正常工作的线程全部暂停掉）
比如上面的这主机和备机：现在是主机在工作，此时如果主机正在GC造成长时间停顿，那么备机就会监测到主机没有工作，于是备机开始工作了；但是主机不工作只是暂时的，当GC结束之后，主机又开始工作了，那么这样的话，主机和备机就同时工作了。主机和备机同时工作其实是非常危险的，很有可能会导致应用程序不一致、不能提供正常的服务等，进而影响生产环境。

7、GC时为什么会有全局停顿？

避免无法彻底清理干净
GC的工作必须在一个能确保一致性的快照中进行

8、jvm调优

首先打印GC信息：
-XX:+PrintGC 根据不同场景设置GC的类型：

web接口交互的系统：使用ParNew+CMS组合，可以提高响应时间；服务型的系统：使用parallel scavenge + parallel old，可以提高吞吐量；
设置堆区大小：

-Xms:初始堆大小 -Xmx:最大堆大小 -XX:SurvivoRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。

9、什么时候会触发GC？

当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就会触发Minor GC
年老代（Tenured）被写满
持久代（Perm）被写满
System.gc()被显示调用=
上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化

10、GC的类型

①年轻代垃圾回收器：

Serial：

单线程GC，在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。
ParNew:

就是Serial的多线程版本，除了使用多条线程进行垃圾收集之外，其余都和Serial完全一样。老年代使用CMS时，新生代会默认使用 ParNew，也只有ParNew可以和CMS配合使用。
Paraller Scavenge：

并行多线程收集器，server模式下默认GC的方式。停顿时间短，良好的响应速度可以提升用户体验。有自适应调节策略。

②老年代垃圾回收器：

Serial Old：

是Servial的老年代版本，同样是一个单线程收集器，每次进行回收都很耗时。
Parallel Old：

Parallel Scavenge收集器的老年代版本，多线程
CMS：

一种获得最短停顿时间为目标的GC，目前用重视响应速度的服务端上（如BS架构）。使用XX:+UseConcMarkSweepGC指定使用。

优点：响应时间短

缺点：对CPU资源很敏感，会导致应用变慢，总吞吐量会降低

G1：

并行与并发：充分利用多CPU的优势，使用多个CPU来缩短Stop-The-World停顿的时间。通过并发的形式让java程序据继续执行。

分代收集：既可以收集新生代也可以收集老年代

空间整合：采用标记-整理算法

可预测停顿：可以建立可预测的停顿时间模型，从而达到降低停顿时间的要求。