【❀Java虚拟机】给我说说你对Java GC机制的理解？

JVM的运行数据区

方法区

不止是存“方法”，而是存储整个class文件的信息，JVM运行时，类加载器子系统将会提取class文件里面的类信息，并将其存放在方法区中。例如类的名称、类的类型（枚举、类、接口）、字段、方法等等。

堆（Heap）

每个应用都唯一对应一个JVM实例，而每一个JVM实例唯一对应一个堆。堆主要包括关键字new的对象实例、this指针，或者数组都放在堆中，并由应用所有的线程共享。堆由JVM的自动内存管理机制所管理，名为垃圾回收 —— GC（garbage collection）。

栈（Stack）

操作系统内核为某个进程或者线程建立的存储区域，它保存着一个线程中的方法的调用状态，它具有先进后出的特性。在栈中的数据大小与生命周期严格来说都是确定的，例如在一个函数中声明的int变量便是存储在stack中，它的大小是固定的，在函数退出后它的生命周期也从此结束。在栈中，每一个方法对应一个栈帧，JVM会对Java栈执行两种操作：压栈和出栈。这两种操作在执行时都是以栈帧为单位的。还有一些即时编译器编译后的代码等数据。

PC寄存器

pc寄存器用于存放一条指令的地址，每一个线程都有一个PC寄存器。

本地方法栈

用来调用其他语言的本地方法，例如 C/C++写的本地代码，这些方法在本地方法栈中执行，而不会在Java栈中执行。

初识GC

自动垃圾回收机制，简单来说就是寻找Java堆中的无用对象。

如何确定需要回收的垃圾对象？有引用计数法和可达性分析法，Java采用的是可达性分析法。基本思想就是选定一些对象作为 GC Roots，并组成根对象集合，然后从这些作为 GC Roots的对象作为起始点，搜索所走过的引用链（ReferenceChain）。如果目标对象到 GC Roots是连接着的，我们则称该目标对象是可达的，如果目标对象不可达，则说明目标对象是可以被回收的对象。

作为 GC Root的对象可以主要分为四种：

虚拟机栈中引用的对象；
方法区中，静态属性引用的对象；
方法区中，常量引用的对象；
本地方法栈中，JNI（即Native方法）引用的对象；

在 JDK1.2之后，Java将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用4种，这4种引用强度依次减弱。

分代与GC机制

JVM的内存被分为了三个主要部分：新生代，老年代和永久代。

新生代

所有新产生的对象全部都在新生代中， Eden区保存最新的对象，有两个SurvivorSpace —— S1和 S0，三个区域的比例大致为 8:1:1。当新生代的Eden区满了，将触发一次 GC，我们把新生代中的GC称为 minor gc。minor gc是一种 Stop the world事件。

当eden区满了，触发minor gc，这时还有被引用的对象，就会被分配到S0区域，剩下没有被引用的对象就都会被清除。

再一次GC时，S0区的部分对象很可能会出现没有引用的，被引用的对象以及S0中的存活对象，会被一起移动到S1中。eden和S0中的未引用对象会被全部清除。

接下来就是无限循环上面的步骤了，当新生代中存活的对象超过了一定的【年龄】，会被分配至老年代的Tenured区中。这个年龄可以通过参数MaxTenuringThreshold设定，默认值为15。

新生代管理内存采用的算法为复制算法( CopyingGC)，也叫标记-复制法，原理是把内存分为两个空间：一个From空间，一个To空间，对象一开始只在From空间分配，To空间是空闲的。GC时把存活的对象从From空间复制粘贴到To空间，之后把To空间变成新的From空间，原来的From空间变成 To空间。

首先标记不可达对象。
然后移动存活的对象到 to区，并保证他们在内存中连续
清扫垃圾。

老年代

老年代用来存储存活时间较长的对象，老年代区域的GC是major gc，老年代中的内存不够时，就会触发一次。这也是一个Stop the world事件，但是看名字就知道，这个回收过程会相当慢，因为这包括了对新生代和老年代所有对象的回收，也叫 Full GC。

老年代管理内存最早采用的算法为标记-清理算法，这个算法很好理解，结合GC Root的定义，我们会把所有不可达的对象全部标记进行清除。

这个算法的劣势在于：会在标记清除的过程中产生大量的内存碎片，Java在分配内存时通常是按连续内存分配，这样我们会浪费很多内存。所以，现在的JVM GC在老年代都是使用标记-压缩清除方法，将清除后的内存进行整理和压缩，以保证内存连续。

永久代

指内存的永久保存区域，主要存放Class和Meta（元数据）的信息。

Class在被加载的时候被放入永久区域。它和和存放实例的区域不同，GC 不会在主程序运行期对永久区域进行清理。所以这也导致了永久代的区域会随着加载的Class的增多而胀满，最终抛出OOM异常。

在Java8中，永久代已经被移除，被一个称为 “元数据区”（元空间）的区域所取代。

元空间的本质和永久代类似，都是对 JVM 规范中方法区的实现。不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。类的元数据放入native memory, 字符串池和类的静态变量放入 java 堆中. 这样可以加载多少类的元数据就不再由MaxPermSize控制, 而由系统的实际可用空间来控制。

GC收集器与优化

一般而言，GC不应该成为影响系统性能的瓶颈，我们在评估GC收集器的优劣时一般考虑以下几点：

吞吐量
GC开销
暂停时间
GC频率
堆空间
对象生命周期

所以针对不同的GC收集器，我们要对应我们的应用场景来进行选择和调优，主要有4种GC收集器：Serial、 Parallel、 CMS和 G1。

Serial

Serial收集器使用了标记-复制的算法，可以用 -XX:+UseSerialGC使用单线程的串行收集器。但是在GC进行时，程序会进入长时间的暂停时间，一般不太建议使用。

Parallel

-XX:+UseParallelGC、-XX:+UseParallelOldGC

Parallel也使用了标记-复制的算法，但是我们称之为吞吐量优先的收集器，因为 Parallel最主要的优势在于并行使用多线程去完成垃圾清理工作，这样可以充分利用多核的特性，大幅降低 gc时间。当你的程序场景吞吐量较大，例如消息队列这种应用，需要保证有效利用 CPU资源，可以忍受一定的停顿时间，可以优先考虑这种方式。

CMS ( ConcurrentMarkSweep)

-XX:+UseParNewGC、-XX:+UseConcMarkSweepGC

CMS使用了标记-清除的算法，当应用尤其重视服务器的响应速度（比如 Apiserver），希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验，那么可以选择 CMS。CMS收集器在 MinorGC时会暂停所有的应用线程，并以多线程的方式进行垃圾回收。在 FullGC时不暂停应用线程，而是使用若干个后台线程定期的对老年代空间进行扫描，及时回收其中不再使用的对象。

G1（GarbageFirst）

-XX:+UseG1GC 在堆比较大的时候，如果 full gc频繁，会导致停顿，并且调用方阻塞、超时、甚至雪崩的情况出现，所以降低 full gc的发生频率和需要时间，非常有必要。G1的诞生正是为了降低 FullGC的次数，而相较于 CMS， G1使用了标记-压缩清除算法，这可以大大降低较大内存（ 4GB以上） GC时产生的内存碎片。

G1提供了两种 GC模式， YoungGC和 MixedGC，两种都是 Stop The World(STW)的。YoungGC主要是对 Eden区进行 GC，minor gc不仅进行正常的新生代垃圾收集，同时也回收部分后台扫描线程标记的老年代分区。

G1将新生代、老年代的物理空间划分取消了，而是将堆划分为若干个区域（region），每个大小都为2的倍数且大小全部一致，最多有 2000个。除此之外， G1专门划分了一个 Humongous区，它用来专门存放超过一个region50%大小的巨型对象。在正常的处理过程中，对象从一个区域复制到另外一个区域，同时也完成了堆的压缩。

常用参数

-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器
-XX:+UseParNewGC：在新生代使用并行收集器
-XX:+UseParallelGC ：新生代使用并行回收收集器，更加关注吞吐量
-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行回收收集器
-XX:ParallelGCThreads：设置用于垃圾回收的线程数
-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用并行收集器，老年代使用CMS+串行收集器
-XX:ParallelCMSThreads：设定CMS的线程数量
-XX:+UseG1GC：启用G1垃圾回收器

参考：