JVM内存回收机制简述

JVM内存回收机制涉及的知识点太多了，了解越多越迷糊，汗一个，这里仅简单做个笔记，主要参考《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第二版）》

目前java的jdk默认虚拟机为HotSpot，因此本文涉及虚拟机相关内容都指HotSpot虚拟机

本文主要关注GC的回收：判断哪些对象可回收，如何回收，回收机制

判断哪些对象可回收

GC是通过对象是否存活来决定是否进行回收，判断对象是否存活主要有两种算法：引用计数算法、可达性分析算法

• 引用计数算法
  引用计数的算法原理是给对象添加一个引用计数器，每被引用一次计数器加1，引用失效时减1，当计数器0后表示对象不在被引用，可以被回收了，引用计数法简单高效，但是存在对象之间循环引用问题，可能导致无法被GC回收，需要花很大精力去解决循环引用问题
• 可达性分析算法
  可达性分析的算法原理是从对象根引用（堆栈、方法表的静态引用和常量引用区、本地方法栈）开始遍历搜索所有可到达对象，形成一个引用链，遍历的同时标记出可达对象和不可达对象，不可达对象表示没有任何引用存在，可以被GC回收

如何回收

　　找到可回收对象后，如何进行回收呢？

　　内存回收算法主要有标记-清除、停止-复制、标记-整理，不同算法使用不同的场景，总体来说停止-复制算法适合对象存活时间短，存活率低的新生代，标记-清除和标记-整理算法适合对象存活时间长，存活率高的老年代

• 标记-清除(Mark-Sweep)
  通过可达性分析算法标记所有不可达对象，然后清理不可达对象。这种算法会形成大量的内存碎片
• 停止-复制(Stop-Copy)
  将新生代内存按照8:1:1的比例分为一个eden区和两个survivor(survivor0,survivor1)区，回收时先将eden区存活对象复制到一个survivor0区，然后清空eden区，当这个survivor0区也存放满了时，则将eden区和survivor0区存活对象复制到另一个survivor1区，然后清空eden和这个survivor0区，此时survivor0区是空的，然后将survivor0区和survivor1区交换，即保持survivor1区为空， 如此往复，当survivor1区不足以存放 eden和survivor0的存活对象时，就将存活对象直接存放到老年代(这时我们可能回想，若是老年代也满了咋办，若是老年代也满了就会触发一次Full GC，也就是新生代、老年代都进行回收，若是内存还不够呢。。。，还不够那不废话了吗，OutOfMemory，不陌生吧哈哈)。从停止-复制算法的原理上我们可以看到，这种算法对于存活率较低的对象回收有着非常高的效率，而且不会形成内存碎片，但是会浪费一定的内存空间，适合对象存活率较低的新生代使用，如果在对象存活率较高的老年代采用这种算法，那将会是一场灾难
• 标记-整理(Mark-Compact)
  通过可达性分析算法标记所有不可达对象，然后将存活对象都向一个方向移动，然后清理掉边界外的内存。这种算法是将存活对象向着一个方向聚集，然后将剩余区域清空，这种算法适合对象存活率较高的老年代
  
  

GC回收机制：分代收集算法

JVM内存收集算法基本上都是采用分代收集算法，即将内存划分为新生代、老年代，也有人把方法区算做永久代

• 新生代
  对象被创建时，内存分配都是发生在新生代(大对象直接分配在老年代)，绝大多数对象都是朝生夕灭，创建后很快就会不在使用，变为不可达的对象，被GC回收掉。新生代的对象存活率很低(到底有多低？研究表明有高达98%的对象创建后很快就消亡，想象一下平时编程，除了全局变量，局部变量在退出调用方法后还有几个能存活)，存活时间都很短，新生代发生的GC也叫做Minor GC，MinorGC发生频率比较高(不一定等Eden区满了才触发)
• 老年代
  当对象在新生代发生了多次Minor GC后仍然存活的对象即进入老年代，老年代的对象比新生多很多，当然了内存比新生代也大很多(大概比例是1:2，即新生代占用堆内存总量的1/3)，当老年代内存满时触发Major GC即Full GC，Full GC发生频率比较低，老年代对象存活时间比较长，存活率标记高

一般来说我们所说的GC都是发生在新生代和老年代，新生代对象存活时间短，存活率低一般采用停止-复制算法，老年代对象存活时间长，存活率高，一般采用标记-整理、标记-清楚算法，具体采用何种算法和具体采用的垃圾收集器有关

GC里面有些类似未成年人和成年人，新创建的对象为新生代，新生代想要成为老年代需要经过一定的成长(总得一点点长大是吧)，新创建的对象年龄为1，每发生一次Minor GC，存活对象的年龄增加1，当经历了15次Minor GC后,仍然存活的对象达到15岁，成达到法定成年年龄15岁(默认是15)，正式成为成年人(老年代)，对象成年后也就没有了年龄概念，直到对象死亡，会一直呆在老年代，当然也有一些老不死的(静态变量、常量等)，会与世长存，除非地球灭亡(GC崩溃)

GC收集器

GC采用分代回收算好后，起着重要作用的是GC收集器，GC收集器分为新生代收集器和老年代收集器，不同的收集器使用不同的收集算法，有着不同的特点，由于目前的收集器在内存回收时无法消除（Stop-the-world），即在回收内存时不可避免的停止用户线程，目前的收集器只能使停顿时间越来越短，但是无法彻底消除，主要的收集其中Parallel Scavenge和Parallel Old是追求吞吐量为目标，其它的收集器都是追求高响应，低停顿，

　　新生代收集器：Serial、PraNew、Parallel Scavenge

　　老年代收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS

• Serial收集器（复制算法)
  新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效。
• Serial Old收集器(标记-整理算法)
  老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本。
  
• ParNew收集器(停止-复制算法)
  新生代收集器，可以认为是Serial收集器的多线程版本,在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现。
• Parallel Scavenge收集器(停止-复制算法)
  并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般为99%， 吞吐量= 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)。适合后台应用等对交互相应要求不高的场景。
• Parallel Old收集器(停止-复制算法)
  Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量优先
• CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清理算法）
  高并发、低停顿，追求最短GC回收停顿时间，cpu占用比较高，响应时间快，停顿时间短，多核cpu 追求高响应时间的选择
• G1（Garbage-First)收集器(标记-整理算法、停止复制算法)
  GC最新型号，高富帅，高并发、可预测停顿、分代收集，不出意外未来主流将会逐步替代CMS，g1模糊了分代概念，虽然还是分为新生代和老年代，但是新生代和老年代不再是物理隔离，而是将内存分为n个region，以region为清理单位，整体采用标记-整理算法，region内部使用停止-复制算法。