GC的前世今生 – 汪明鑫的个人博客

GC前言

java与C++之间又一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人想出来。

——–<<深入理解java虚拟机>>

C/C++ 中主要由用户程序代码来回收分配的内存，不存在无用的对象的筛选过程，效率上比垃圾回收机制更胜一筹。

java语言的一些性能上的劣势都是为了换取开发效率。

首先，了解下“stop the world”

stop the world会在执行某一个垃圾回收算法的时候产生，JVM为了执行垃圾回收，会暂停java应用程序的执行，等垃圾回收完成后，再继续运行。

java程序有不规则的停顿现象，其实这就是“stop the world”，停顿的时候JVM是在做垃圾回收。所以尽可能减少stop the world的时间，就是我们优化JVM的主要目标。

回收靠谁来做？ —– > GC

什么是GC?

Garbage Collection 垃圾收集(顾名思义，回收垃圾，不需要的对象)

GC要完成的事情：

1，哪些内存需要回收

2，什么时候回收

3，如何回收

我们需要关注的事情：

1，GC作用域

2，GC算法和回收器

3，GC日志

3，优化GC

堆

GC关注的是堆，我们就要先了解堆

注：1.8废弃了永久代产生元空间（Metaspace）

可达性分析

无用的对象回收，有用的对象存活，那么如何判断对象是否存活？

如上图：

GC ROOTS 到object1 ,object2,object3,object4有通路，即对象可达，则对象存活

GC ROOTS 到object5 ,object6,object7没有通路，即对象不可达，则判定为可回收的对象

在 Java 中 GC Roots 一般包含以下内容:

虚拟机栈中引用的对象
本地方法栈中引用的对象
方法区中类静态属性引用的对象
方法区中的常量引用的对象

垃圾收集算法

1，标记-清除算法

出现的最早

什么叫标记，怎么标记？ —– > 通过GC ROOTS的可达性分析对需要回收的对象做标记

什么叫清除？ —– > 统一清除（回收）所有被标记的对象

不足之处

效率问题：两次扫描遍历耗时严重，标记和清除两个过程本身的效率也都不高

空间问题：标记清除后会产生大量不连续的内存碎片

2，标记-整理算法

3，复制算法

为了解决效率问题，复制算法横空出世

实现简单运行高效内存空间利用率低

[分代收集算法]
新生代：复制算法

老年代：标记-清除算法标记-整理算法

把堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

设计时，对象尽量不要进入老年代，而是使我们的对象尽量在新生代回收掉（最理想的状态下，所有的对象都不要进入老年代）

新生代 minor GC

老年代 major GC 比新生代慢十倍

full GC是minor GC和major GC的总称

垃圾收集算法和垃圾收集器有什么关系？

垃圾收集算法是理论，垃圾收集器是垃圾收集算法的实现。

垃圾收集器

垃圾收集器之间的连线表示搭配使用

目前流行的是ParNew 和 CMS的搭配使用

Serial Serial Old

串行回收器

应用程序暂停，GC线程运行过程中使用单线程进行串行回收

ParNew

应用程序暂停，GC线程多线程并发回收

可以指定并发的线程数

Parallel Scavenge Parallel Old

重视吞吐量

应用程序暂停，GC线程多线程并发回收

CMS

Concurrent Mark Sweep，并发标记清除。

标记的流程：

1，初始标记

标记从GC Root可以直接可达的对象；

2，并发标记（和应用程序线程一起）

主要标记过程，标记全部对象；

3，重新标记

由于并发标记时，用户线程依然运行，因此在正式清理前，再做依次重新标记，进行修正。

4，并发清除（和用户线程一起）

基于标记结果，直接清理对象。

并发标记是最主要的标记过程，而这个过程是并发执行的，可以与应用程序线程同时进行，初始标记和重新标记虽然不能和应用程序并发执行，但这两个过程标记速度快，时间短，所以对应用程序不会产生太大的影响。最后并发清除的过程，也是和应用程序同时进行的，避免了应用程序的停顿。

CMS的优点显而易见，就是减少了应用程序的停顿时间，让回收线程和应用程序线程可以并发执行。但它也不是完美的，从他的运行机制可以看出，因为它不像其他回收器一样集中一段时间对垃圾进行回收，并且在回收时应用程序还是运行，因此它的回收并不彻底。这也导致了CMS回收的频率相较其他回收器要高，频繁的回收将影响应用程序的吞吐量。

Garbage First

G1将堆空间划分成了互相独立的区块。

第一时间处理垃圾最多的区块。

优点

1、因为划分了很多区块，回收时减小了内存碎片的产生；

2、G1适用于新生代和老年代，而CMS只适用于老年代。

通过引入 Region 的概念，从而将原来的一整块内存空间划分成多个的小空间，使得每个小空间可以单独进行垃圾回收。这种划分方法带来了很大的灵活性，使得可预测的停顿时间模型成为可能。通过记录每个 Region 垃圾回收时间以及回收所获得的空间(这两个值是通过过去回收的经验获得)，并维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的 Region。