Java GC 垃圾回收机制深入理解：常见垃圾回收算法、常见的垃圾收集器、详解分代收集算法

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2022-11-10 05:33 210阅读 0赞

## 垃圾回收GC ##

> Garbage Collection（垃圾回收器）回收不再使用的内存
> 
> GC主要任务：
> 
> 1.  分配内存
> 2.  确保引用
> 3.  回收内存

### GC回收依据：对象没有任何引用 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th></th> 
   <th>优点</th> 
   <th>缺点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>引用计数算法</td> 
   <td>通过判断对象的引用数量决定对象是否可以被回收<br>每个对象实例都有一个引用计数器，这个数在被引用时+1，完成引用后-1<br>任何引用计数为0的对象实例可以被当作垃圾回收</td> 
   <td>执行效率高，程序执行受影响较小</td> 
   <td>无法检测循环引用，会导致内存泄漏</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>可达性分析算法</td> 
   <td>通过判断对象的引用链是否可达<br><strong>GC根对象</strong>：1.虚拟机栈中引用的对象。2.方法区中的常量引用对象。3.方法区中的类静态属性引用的对象。4.本地方法栈的Native方法的引用对象。5.活跃线程的引用对象</td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 垃圾回收算法： ###

#### 1. 标记-清除算法 ####

1.  进行标记：从根集合进行扫描（可达性算法），标记存活的变量
2.  清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象内存，清除标记

*  缺点：碎片化

#### 2. 复制算法（分为对象面和空闲面） ####

1.  对象在对象面上创建
2.  对象面用完时，存活的对象会从对象面复制到空闲面
3.  对象面的所有对象内存清除

*  解决碎片化问题，是顺序分配内存的，比较高效
 *  适用**对象存活率低**的场景

#### 3. 标记-整理算法 ####

1.  进行标记：从根集合进行扫描（可达性算法），标记存活的变量。
2.  整理：移动所有存活的对象，按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。

*  解决碎片化问题
 *  适用**对象存活率高**的场景

#### 4. 分代收集算法 ####

（按照对象生命周期的不同划分区域，使用不同的垃圾回收算法处理）

> 目的：提高JVM回收效率
> 
> JDK7，JDK7-：年轻代、老年代、永久代  
> JDK8+：年轻代（复制算法）、老年代（标记-清理算法、标记-整理算法）  
> 年轻代：尽可能快速回收掉生命周期短的对象  
> 老年代：生命周期较长的对象

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*  年轻代=新生代+2个survivor区
    
     *  新生代Eden：是对象创建时，首先分配的地方。
     *  2个survivor区：from区和to区
 *  老年代：

##### Minor GC、full GC #####

*  **Minor GC**：年轻代中的垃圾收集动作，采用复制算法
 *  **Full GC**：老年代的垃圾收集动作，通常伴随年轻代的回收。执行慢，但频率低。
    
    触发条件：
    
    1.  老年代空间不足。
    2.  (JDK7一下)永久代空间不足。
    3.  CMS GC时出现
        
        1.  promotion failed：Minor GC时，survivor区放不下，放入老年代也放不下。
        2.  concurrent mode failure： 执行CMS GC过程中，有对象要放入老年代中，老年代空间不足。
    4.  Minor GC晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间
    5.  System.gc()

##### 如何晋升到老年代 #####

1.  经历一定次数的Minor GC依然存活的对象
2.  Survivor区中存放不下的对象
3.  新生成的大对象

##### 常用调优参数 #####

\-XX:SurvivorRatio：调整Eden区和其中一个Survivor的比值，默认8:1

\-XX:NewRatio：老年代和年轻代内存大小的比值，值为2时（2/3:1/3），总内存大小由-Xms和-Xmx确定

\-XX:MaxTenuringThreshold：对象从年轻代晋升到老年代经过GC次数的最大阈值

## 常见的垃圾收集器 ##

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> 在注重吞吐量和CPU资源敏感的场合可以考虑**Parallel Scavenge**\+**Parallel Old**收集器
> 
> 对停顿比较敏感，有相对较多存活时间较长的对象，可以考虑**CMS**收集器
> 
> CMS并发收集器实现垃圾收集线程与用户线程同时工作，不能与Parallel、G1一起工作，因为Parallel、G1没有使用传统的GC代码框架

### 年轻代 ###

#### 1. **Serial**收集器 ####

（-XX:+UseSerialGC，复制算法）

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#### 2. **ParNew**收集器 ####

（-XX:+UseParNewGC，复制算法）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDE0MjA3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

#### 3. **Parallel Scavenge**收集器 ####

（-XX:+UseParallelGC，复制算法）

> 吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDE0MjA3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

### 老年代 ###

#### 1. **Serial Old**收集器 ####

（-XX:+UseSerialOldGC，标记-整理算法）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDE0MjA3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

#### 2. **Parallel Old**收集器 ####

（-XX:+UseParallelOldGC，标记-整理算法）

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDE0MjA3NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

#### 3. **CMS**收集器 ####

（- XX:+UseConcMarkSweepGC,标记-清除算法）

1.  初始标记：stop-the-world，暂停虚拟机
2.  并发标记：并发追溯标记，程序不会停顿
3.  并发预清理：查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象
4.  重新标记：暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象
5.  并发清理：清理垃圾对象，程序不会停顿
6.  并发重置：重置CMS收集器的数据结构

*  碎片化

### G1年轻代老年代收集器 ###

（- XX:+UseG1GC,复制+标记-整理算法）

*  特点：并行和并发、分代收集、空间整合、可预测的停顿
 *  将整个Java堆内存划分为多个大小相等的独立区域Region，年轻代和老年代不在物理隔离

## 面试题 ##

### Object的finalize()方法的作用是否与C++的析构函数作用相同 ###

1.  不同，\*\*C++**析构函数的调用时间是确定的，而**finalize()\*\*具有不确定性
2.  GC宣告一个对象死亡时，会经过两次标记过程。
    
    1.  可达性分析后，没有与GC root连接的引用链，就会被标记，判断是否执行**finalize()**。
    2.  如果对象覆盖**finalize()方法，且未被引用过，这个对象就会被放置在F-Queue**队列中，并在稍后由虚拟机自动建立的低优先级的**finalize**线程去执行\*\*finalize()\*\*方法
    3.  因为时低优先级，方法执行可能会被终止，可以让对象有一次重生的机会

### Java中的强引用，软引用，弱引用，虚引用 ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th></th> 
   <th></th> 
   <th>生存时间</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>强引用</td> 
   <td>对象的一般状态<br>内存不足时，即使抛出OutOfMemoryError终止程序也不会回收强引用对象</td> 
   <td>Object obj=new Object()<br></td> 
   <td>JVM停止运行时终止</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>软引用</td> 
   <td>对象处在有用但是非必须的状态<br>内存不足时，GC会回收该对象引用的对象内存<br>作用：可以实现内存敏感的高速缓存</td> 
   <td>String str=new String(“abc”);<br>SoftReference softRef = new SoftReference(str);</td> 
   <td>内存不足时终止</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>弱引用</td> 
   <td>非必须的对象，比软引用更弱一些<br>GC时会被回收<br>作用：适用于引用偶尔被使用且不影响垃圾收集的对象</td> 
   <td>String str=new String(“abc”);<br>WeakReference softRef = new WeakReference(str);</td> 
   <td>gc运行后终止</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>虚引用</td> 
   <td>不会决定对象那个的生命周期<br>任何时候都可能被回收<br>作用：跟踪对象被垃圾收集器回收的活动，起哨兵作用</td> 
   <td>需要与引用队列联合使用<br>String str=new String(“abc”);<br>ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();<br>PhantomReference ref = new PhantomReference(str, queue);</td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 引用队列ReferenceQueue ###

是一个类似于链表的结构，没有实际存储结构，依赖于内部节点之间的关系来表达  
存储关联的且被GC的软引用、弱引用以及虚引用

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