JVM(3) 垃圾回收器与内存分配策略

文章内容摘自：深入理解java虚拟机 第三章  

对象已死？

1. 引用计数算法：

    给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是一个不可能再被使用的。

    优点：实现简单，判定效率高

    缺点：很难解决相互对象间相互循环引用的问题

2. 可达性分析法：

    通过一系列的称为 “GC Roots” 的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当到达一个对象没有任何引用链时，则证明此对象是不可用的。

3. 引用分为：强引用，软引用，弱引用，虚引用

4. 要宣布一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：

    根据可达性分析判断，如果没有引用，放入到F-Queue中，稍后调用finalize()方法。finalize()方法不一定能回收对象，虚拟机会另起线程做回收工作。

5. 回收方法区主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。

 

垃圾收集算法

1. 标记-清除算法

    缺点：

    1). 效率问题，标记和清除两个过程效率都不高

    2). 空间问题

2. 复制-算法：

    将可用内存分为两块，每次只是用其中一块。当一块用完，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已经使用过得内存空间一次清理掉。

    优点：实现简单，运行效率高

    缺点：内存空间浪费严重

3. 标记-整理：

    标记后让所有存活的对象移动到另一端，然后直接清理掉端边界以外的内存。

4. 分代收集算法

    把Java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合适的收集算法。年轻带每次收集中会有大量对象死亡，使用复制算法。老年代

    因为对象存活率高，使用标记清理或者标记整理算法来回收。

 

HotSpot 的算法实现

1. 枚举根节点：

    虚拟机应当有办法直接得知哪些地方存放着对象引用。在HotSpot中使用OopMap的结构来达到这个目的。

2. 安全点：程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有到达安全点才停下来。

3. 安全区域：指在一段代码片段中，应用关系不会发生变化，在这区域中的任意时刻开始GC都是安全的。例如：sleep或者blocked状态。

 

垃圾收集器：

1. Young generation:Serial , ParNew , Parallel Scavenge , G1

    Tenured generation : CMS, Serial Old , Parallel Old , G1

2. Serial 收集器：

    优点：简单高效，对单个CPU环境来说，可以获得最高的单线程收集效率。

    缺点：单线程，停顿时间过长

3. ParNew收集器

    ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多条线程收集器之外，其余行为包括Serial收集器可用的所有控制参数。

    可以通过：-XX:ParallelGcThreads 参数来限制垃圾收集器的线程数。

3. Parallel Scavenge收集器

    一个新生代收集器，它也是使用复制算法，又是并行多线程收集器。Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量。

    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)  ，虚拟机总共运行100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%

    Parallel Scavenge收集器提供了两个参数用于精确控制吞吐量，分别是控制最大垃圾收集停顿时间的-XX:MaxGCPauseMillis参数以及直接设置吞吐量大小的-XX:GCTimeRatio参数。

    Parallel Scavenge收集器还有一个参数：-XX:+useAdapiveSizePolicy值得关注。这个参数打开后，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息。动态调整内存参数以提供

    最合适的挺短时间或者最大吞吐量。这种调节方式成为GC自适应的调节策略。(adaptive：适应的，适合的 ； policy：政策，方针)

4. Serial Old 收集器

    Serial 收集器的老年版本，单线程，标记整理算法。

    两大用途：

    1. jdk1.5之前与Parallel Scavenge收集器搭配使用

    2. 作为CMS收集器的后备方案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure 时使用。

5. Parallel Old 

    Parallel Scavenge 收集器的老年版本，使用多线程“标记-整理”算法。

    在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合，都可以考虑使用Parallel Scavenge加Parallel Old 收集器。

6. CMS 收集器

    CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。

    缺点：

    1. CMS收集器对CPU资源非常敏感。

    2. CMS收集器无法处理浮动垃圾，可能会出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次Full Gc (Serial Old)的产生。

    3. 基于“标记-清除”收集结束时有可能会产生很多空间碎片。可以设置CMS顶不住要进行Full Gc时开启碎片的合并整理过程。或者通过另外一个参数设置，多少次收集后，进行一次压缩收集。

7. G1 收集器

    优点：

    1. 并行与并发

    2. 分代收集：对年轻代和老年代采用不同的收集方式

    3. 空间整合：标记-整理

    4. 可预测的停顿

8. 虚拟机搭配：

    Serial(或ParNew)  和 CMS 

    Serial(或ParNew或Parallel Scavenge) 和 Serial Old(MSC) 

    Parallel 和 Paralle Old 或 Serial Old

    G1 , G1 可以自己设置年轻代和老年代不同垃圾回收机制

9. 并行和并发

    并行(Parallel) :指多条垃圾回收线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。

    并发(Concurrent): 指用户线程和垃圾回收线程同时执行(但不一定是并行的，可能会交替执行)，用户线程在继续运行，而垃圾收集程序运行于另一个CPU上。

10. 年轻代中的垃圾收集器基本上都是采用复制算法，将存活的对象复制到To区。

 

理解GC日志(详见第89页)

    最前面的数字，代表GC发生的时间，这个数字的含义是从Java虚拟机启动以来经过得秒数。

    GC日志开头的"[GC"和“[Full Gc”说明这次垃圾回收的停顿类型，而不是用来区分新生代GC还是老年代GC的。如果Full ,说明这次GC是发生了Stop -The-World的。调用System.gc()方法

    触发的收集，也是STW。

    接下来的“[DefNew”、“[Tenured”、"[Perm 表示GC 发生的区域，这里显示的区域名称和使用的GC收集器时密切相关的。

    收集内存区的变化，堆内存的变化

    总共用时

垃圾回收器参数总结：

     第90页

 

内存分配与回收策略：

1. 对象优先在Eden分配

2. 大对象直接进入老年代

3. 长期存活的对象将进入老年代

4. 动态对象年龄判定

5. 空间分配担保

    

Minor GC 和 Full GC

1. 新生代GC(Minor  GC) :指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。

2. 老年代GC(Maror GC/Full GC)：指发生在老年代的GC，出现了Major GC 经常会伴随着至少一次的Minor GC(但非绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略中

    就有直接进行Major GC的策略选择过程)。Major GC 的速度一般会比Minor GC 慢10倍以上。

 

具体参数设置，建议参考：http://www.cnblogs.com/chengxin1982/p/3818448.html