Java垃圾回收机制

JVM框架

Java虚拟机HotSpot的框架：

JVM主要组成部分：Class Loader（类加载器）、Runtime Data Area（运行时数据区）、执行引擎（Execution Engine）。

JVM垃圾回收简介

Step 1: Marking

 

GC算法在扫描存活对象时通常需要从Root节点开始，扫描所有存活对象的引用，构建出对象图。

Root：静态字段、方法参数、局部变量、CPU寄存器

Step 2: Normal Deletion

 

删除没有被引用的对象，释放空间。

Step 2a: Deletion with Compacting

删除垃圾并压缩存活的引用对象，有利于提高内存分配的效率。

Generational Garbage Collection（分代垃圾回收）

HotSpot堆结构：

 

Young Generation：从eden区分配新对象，eden区满后，发生一次minor garbage collection，把eden区和一个survivor区中存活的对象移动到另一个survivor区中，存活的对象age加1，当存活的对象age达到一个阈值时晋升到Old Generation。

Old Generation：保存存活长久对象的地方，Old Generation满后会发生major garbage collection（full garbage collection）。

Stop the World Event：minor garbage collection和major garbage collection都是Stop the World Event，即垃圾回收的时候会暂停程序中线程的执行。

Permanent generation：保存JVM中用于描述类和方法的元数据信息。

整个GC的流程总结图：

 

GC分代的基本假设是：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短。

分配小对象的开销负担小，不要吝啬去创建。

GC最喜欢这种小而短命的对象。

让对象的生命周期尽可能短，例如在方法体内创建，使其能尽快地在YoungGC中被回收，不会晋升（romote）到年老代（Old Generation）。

对象分配的优化：尽量避免大对象的分配，当对象大到Eden Generation放不下时，JVM只能尝试去Old Generation分配，这种情况需要尽可能避免，因为一旦在Old Generation分配，这个对象就只能被Old Generation的GC或是FullGC回收了。

不可变对象可以减少GC的压力：Hotspot JVM为了提高YoungGC的性能，避免每次YoungGC都扫描Old Generation中的对象引用，采用了卡表(Card Table) 的方式。简单来说，当Old Generation中的对象发生对Young Generation中的对象产生新的引用关系或释放引用时，都会在卡表中响应的标记上标记为脏（dirty），而YoungGC时，只需要扫描这些dirty的项就可以了。可变对象对其它对象的引用关系可能会频繁变化，并且有可能在运行过程中持有越来越多的引用，特别是容器。这些都会导致对应的卡表项被频繁标记为dirty。而不可变对象的引用关系非常稳定，在扫描卡表时就不会扫到它们对应的项了。

指定容器初始化大小可以减少GC的压力：每次容器扩容分配更大的空间，可能会增加GC的次数。

各类引用：java.lang.ref.Reference有几个子类，用于处理和GC相关的引用。JVM的引用类型简单来说有几种：

Strong Reference，最常见的引用。

Weak Reference，当没有指向它的强引用时会被GC回收。

Soft Reference，只当临近OOM时才会被GC回收。

Phantom Reference，主要用于识别对象被GC的时机，通常用于做一些清理工作。

Garbage Collector（垃圾收集器）

JVM中会在以下情况触发回收：对象没有被引用，作用域发生未捕捉异常，程序正常执行完毕，程序执行了System.exit()，程序发生意外终止。

JVM中标记垃圾使用的算法是一种根搜索算法。简单的说，就是从一个叫GC Roots的对象开始，向下搜索，如果一个对象不能达到GC Roots对象的时候，说明它可以被回收了。这种算法比一种叫做引用计数法的垃圾标记算法要好，因为它避免了当两个对象啊互相引用时无法被回收的现象。

JVM中对于被标记为垃圾的对象进行回收时又分为了一下3种算法：

1.标记清除算法，该算法是从根集合扫描整个空间，标记存活的对象，然后在扫描整个空间对没有被标记的对象进行回收，这种算法在存活对象较多时比较高效，但会产生内存碎片。

2.复制算法，该算法是从根集合扫描，并将存活的对象复制到新的空间，这种算法在存活对象少时比较高效。

3.标记整理算法，标记整理算法和标记清除算法一样都会扫描并标记存活对象，在回收未标记对象的同时会整理被标记的对象，解决了内存碎片的问题。

HotSpot 1.6版使用的垃圾收集器如下图（图中两个收集器之间有连线，说明它们可以配合使用）：

1.Serial GC

从名字上看，串行GC意味着是一种单线程的，所以它要求收集的时候所有的线程暂停。这对于高性能的应用是不合理的，所以串行GC一般用于Client模式的JVM中。

2.ParNew GC

是在SerialGC的基础上，增加了多线程机制。但是如果机器是单CPU的，这种收集器是比SerialGC效率低的。

3.Parrallel Scavenge GC

这种收集器又叫吞吐量优先收集器，而吞吐量=程序运行时间/(JVM执行回收的时间+程序运行时间),假设程序运行了100分钟，JVM的垃圾回收占用1分钟，那么吞吐量就是99%。Parallel Scavenge GC由于可以提供比较不错的吞吐量，所以被作为了server模式JVM的默认配置。

4.ParallelOld

是老生代并行收集器的一种，使用了标记整理算法，是JDK1.6中引进的，在之前老生代只能使用串行回收收集器。

5.Serial Old

是老生代client模式下的默认收集器，单线程执行，同时也作为CMS收集器失败后的备用收集器。

6.CMS（Concurrent Mark Sweep）

又称响应时间优先回收器，主要目标就是：低应用停顿时间。使用标记清除算法（不进行压缩，会产生内存碎片），同时它又是一个使用多线程并发回收的垃圾收集器。他的回收线程数为(CPU核心数+3)/4，所以当CPU核心数为2时比较高效些。CMS分为4个过程：初始标记（CMS initial mark）、并发标记（CMS concurrent mark）、重新标记（CMS remark）、并发清除（CMS concurrent sweep）和并发重置。其中初始标记和重新标记是独占系统资源的，而并发标记、并发清除和并发重置是可以和用户线程一起执行的。因此，从整体上来说，CMS 收集不是独占式的，它可以在应用程序运行过程中进行垃圾回收。

7.Garbage First（G1）

比较特殊的是G1回收器既可以回收Young Generation，也可以回收Tenured Generation。它是在JDK6的某个版本中才引入的，性能比较高，同时注意了吞吐量和响应时间。与CMS收集器相比，G1收集器是基于标记-压缩算法的。因此，它不会产生内存碎片，也没有必要在收集完成后，进行一次独占式的碎片整理工作。

对于垃圾收集器的组合使用可以通过下表中的参数指定：

 

 

参考：

http://www.oracle.com/webfolder/technetwork/tutorials/obe/java/gc01/index.html

http://coolshell.cn/articles/11541.html

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-JVMGarbageCollection/index.html

http://www.importnew.com/16388.html