GC

判断对象存活的方法

在垃圾回收器对堆内存回收前，需要判断对象是否存活。

引用计数算法: 给每个对象添加一个引用计数器,每当对象被引用, 对象的引用计数器就加1,当引用失效时,引用计数器就减1。直到引用计数器为0,就代表对象不再被引用。
可达性算法: 通过GC ROOT的对象节点往下搜索,节点走过的路径被称为引用链。如果一个对象不处于任何引用链,那么就可以判断此对象是不可达的。

引用计数法缺点

引用计数的主要缺陷是很难解决循环引用的问题: 也就是当2个对象互相引用的时候,除了彼此, 没有其它对象再引用这2个对象,那么他们的引用计数都为1,就无法被回收。

什么是GC Root ?

上面说通过GC Root对象搜索引用链,那么GC Root对象是什么对象, 或者说什么样的对象是GC Root对象。可以作为GC Root对象的有:

虚拟机栈和本地方法栈区中的引用对象(stack)
方法区中类的静态属性引用的对象(static)
方法区中的常量引用的对象(final)

垃圾回收算法

常见的垃圾回收算法主要有以下4种:

复制算法
标记-清除算法
标记-整理算法
分代收集算法

复制算法(Copying)

将堆内存分为2块大小相等的内存空间，每次只使用其中的一块内存，另一块则空闲。当其中一块内存使用完后，就将仍然存活的对象复制到另一块空闲内存空间，再清理已使用的内存。

复制算法的优点是不会产生连续的内存碎片，速度也很高效。但是缺点更明显:每次只使用内存的一半，就代表可使用的内存减少了1/2，代价很高昂。

复制算法一般用于新生代。因为新生代的GC非常频繁，每次GC的对象较多，存活的对象较少。所以采用复制算法效率更高，复制时只需要复制少量存活的对象。

标记-清除算法(Mark-Sweep)

标记-清除算法分为2个步骤：标记和清除。

首先标记出所有可达(存活)的对象，在标记完成后，统一回收所有未被标记(不可达)的对象。

标记-清除算法的缺点主要有2个:

标记和清除2个阶段的耗时都比较长，可以总结为效率较低。
对象在内存中的分布可能是不连续的，分散的，标记-清除后可能造成不连续的内存碎片。 当内存碎片过多后，后续想要分配较大的对象时，无法找到足够大的内存碎片，可能又需要触发GC。

标记-清除算法一般用于老年代。 因为老年代中的对象存活率较高，几乎很少被回收，所以标记-清除和标记-整理算法GC的时间不会太长， GC的对象相比新生代更少。

标记-整理算法(Mark-Compact)

标记-整理算法是对标记-清除算法的一种改进。

标记-整理算法与标记-清除算法的在标记阶段是相同的，都是首先标记出所有可达(存活)的对象。但标记之后并不直接清理未被标记(不可达)的对象，而是使被标记(存活)的对象向内存一端移动，然后清理掉这一端外的内存。

标记-整理算法的优点是: 几乎不会如标记-清除算法那样产生不连续的内存碎片。但，所谓慢工出细活,标记-整理的效率是比标记-清除要低的。

标记-整理算法和标记-清除算法一样，一般用于老年代。

分代收集算法

分代收集算法并不是指某一种具体的垃圾收集算法，而是将复制，标记-清除，标记-整理等算法合理运用到堆区的不同空间。 比如新生代使用复制算法，老年代使用标记清除或标记整理算法。

现代的几乎所有的JVM都使用分代收集，毕竟每种算法都有优缺点，结合它们的特点，对不同的环境采用不同的算法是非常明智的选择。

内存分配与垃圾回收策略

对象优先在eden区域被分配
大对象将直接进入老年代 (大对象是指需要大量连续的内存空间的对象，如长字符串，大数组等。)
长期存活的对象将进入老年代

一次GC的过程

对象优先在eden区被分配，当eden区内存不足时， JVM发起Minor GC。Minor GC的范围包括eden和From Survivor:

首先JVM会根据可达性算法标记出所有存活的对象。

如果存活的对象中，有的对象的年龄已经达到晋升阈值 (阈值是动态计算的，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold设置最大年龄阈值)，那么将已经达到阈值的对象复制到老年代中。

如果To Survivor空间不足以存放剩余存活对象，则直接将存活的对象提前复制到老年代。如果老年代也没有足够的空间存放存活的对象，那么将触发Full GC(GC整个堆，包括新生代和老年代)。

如果To Survivor可以存放存活的对象，那么将对象复制到To Survivor空间，并清理eden和From Survivor。

此时From Survivor为空，那么From Survivor就成为了下一次的To Survivor，此时To Survivor存放着存活的对象，就成为了下一次的From Survivor。这样From Survivor与To Survivor就是不断交替复制的使用。

老年代的空间比新生代的空间要大，所以老年代的Major GC要比Minor GC耗时更长。根据垃圾回收器的不同，老年代的GC算法也不同。

动态年龄阈值

JVM并不要求对象年龄一定要达到 MaxTenuringThreshold 才会晋升到老年代，晋升的年龄阈值是动态计算的。如果在Survivor中，某个相同年龄阶段的所有对象大小的总和大于Survivor区域的一半，则大于等于这个年龄的所有对象可以直接进入老年代，无需等到MaxTenuringThreshold。

垃圾回收器

如果说垃圾回收算法是JVM对GC算法的方法论，那么垃圾回收器就是对GC算法的实现。

垃圾回收器主要分为以下几种收集器:

Serial收集器
Parallel Scanvel收集器
ParNew收集器
CMS收集器
G1收集器

Serial串行收集器

Serial收集器为单线程环境设计,并只使用一个线程进行垃圾回收。在回收时，会暂停用户线程,并不适用于并发环境。

Serial收集器在单线程环境中是很高效的,它没有多线程切换的消耗。

Serial收集器采用复制算法

Serial Old 串行收集器(老年代版本)

它是 Serial收集器的老年代使用的GC收集器，同样是一个单线程的垃圾收集器。

Serial Old收集器采用的是标记-整理算法。


/** 开启串行收集器使用 -XX:+UseSerialGC , 
  * 这样默认新生代使用 Serial 收集器,
  * 老年代使用 Serial Old 收集器. 
  *
  * 设置VM参数:
  *
  * -XX:+Xlogs:gc* 打印gc信息
  * -XX:+PrintCommandLineFlags  打印java版本信息
  * -XX:+UseSerialGC 使用串行GC
  */                      

//如果程序正常运行,日志会显示 :
// 新生代的信息为:  def new generation.....
// 老年代的信息为:  tenured generation.....

Parallel Scavenge 并行多线程收集器

Parallel Scavenge是并行收集器，它使用多个垃圾回收线程一起工作, 但是仍然会暂停用户线程。

Parallel Scavenge与其它垃圾回收器不同的是它更关注于达到可控制的吞吐量。

吞吐量是CPU运行用户应用程序代码的时间与CPU总消耗的时间的比值:

吞吐量 = 应用程序代码运行时间 / (应用程序代码运行时间 + GC时间)

Parallel Scavenge收集器采用复制算法

Parallel Old 并行收集器(老年代版本)

它是 Parallel Scavenge 的老年代版本,同样是一个并行多线程的收集器。

Parallel Old收集器采用标记-整理算法。

    /**
     * 
     * 设置 Parallel Scavenge 收集器的参数:
     *
     * -XX:+UseParallelGC
     * 
     * ParallelGC老年代默认使用的 Parallel Old GC 回收器
     * 
     * 并行收集器打印的新生代的信息为:
     *  PSYoungGen ....
     *  
     *  老年代的信息为:
     *  ParOldGen ....
     * 
     */

ParNew 多线程收集器

它可以看做是多线程版的Serial收集器。除了多线程外，ParNew收集器与Serial收集器几乎没啥区别。

PS:目前只有Serial和ParNew能作为CMS收集器的新生代收集器。

ParNew收集器采用复制算法

     /**
       * 
       * 设置ParNewGC回收器的参数为:
       * -XX:+UseConcMarkSweepGC
       * 
       */

CMS 并发标记清除收集器

Concurrent Mark Sweep,并发标记-清除垃圾回收器。它是一款老年代的收集器，是以达到最短回收停顿时间目标的收集器。

见名知意,CMS收集器使用的是标记-清除算法。 CMS在垃圾回收过程中，用户线程可以同时工作，无需暂停。

因为CMS收集器采用的是标记-清除算法，所以回收时可能会产生不连续的内存碎片。

PS: CMS收集器在jdk14中被删除了。

CMS收集器回收过程

初始标记(Stop The World，此阶段会暂停用户线程): 只标记与GC ROOT直接关联的对象。
并发标记: 对第一个阶段已经标记的对象进行Tracing，标记所有可达的对象。
重新标记(Stop The World,此阶段会暂停用户线程): 在第二个阶段，由于用户程序的运行，可能有些对象之间的引用关系受到了影响，所以需要对这部分对象进行重新标记调整。

并发清除: 清除所有未被标记的对象。

  /**
   *
   * 设置 CMS 收集器参数:
   * -XX:+UseConcMarkSweepGC
   *
   * 使用ConcMarkSweepGC收集器后,它的新生代使用的是:
   * ParNew收集器.
   *
   * 当ConcMarkSweepGC收集器出现异常时,会将CMS替换成Serial Old收集器
   *
   * CMS回收分为4个阶段:
   *
   * 初始标记:    (Stop the world 暂停用户线程)
   * 标记与GC Root直接可达的对象.      
   *
   * 并发标记:  
   * 从第一步标记的可达的对象开始,并发的标记所有可达的对象 
   *
   * 重新标记:    (Stop the world 暂停用户线程)
   * 在第二部的并发标记阶段,由于程序运行导致对象间引用的关系发生变化,
   * 就需要重新标记
   *
   * 并发清除:     
   * 这个阶段不暂停用户线程,并且并发的去清除未被标记的对象
   * 
   */

G1 收集器

G1收集器可以说是目前最前沿的一款收集器，它是一款面向服务端的收集器。 G1收集器无需配合其他收集器就可以管理整个堆内存。 jdk9开始，G1成为jdk默认使用的垃圾回收器。

G1回收器的特点

并行和并发: G1能够充分利用多核cpu的优势，使垃圾回收与用户线程同时运行。
可预测的停顿: 降低GC停顿时间是CMS与G1收集器的共同目标。但是除了降低GC停顿时间， G1收集器还可以建立可预测的停顿时间模型。(...太np了 =_=)
空间整合: 个人认为这是G1收集器不同于其他收集器的最大亮点了。在其他收集器中，堆区基本都分为新生代和老年代。而在G1收集器中虽然仍然保留了新生代和老年代的概念，但已经不再是物理上的分隔了。在G1收集器的堆内存模型中，内存被分割成了一块一块大小相等的Region，在这些Region中，Region的类型也不同，有eden，survivor，old，humongous之分。当有大对象时，对象会被分配到Humongous Region之中。

G1收集器回收过程

G1收集器与CMS收集器的回收过程相似

初始标记(Stop The World,此阶段会暂停用户线程): 只标记与GC ROOT直接关联的对象。
并发标记: 对第一个阶段标记的对象Tracing，标记所有可达的对象。
最终标记(Stop The World,此阶段会暂停用户线程): 在并发标记阶段，由于用户线程执行，可能导致被标记对象之间的引用关系发生影响，需要对这些对象进行重新标记调整。
筛选回收: 不同于CMS的并发清除，G1收集器首先会对所有Region的回收价值和回收成本进行排序, 然后再进行回收。这样可以在有限的时间内获得最大的回收率。

    /**
     *
     * 因为我的机器的jdk版本是11,所以无需指定垃圾回收器
     * 指定G1回收器的参数是: -XX:+UseG1GC
     *
     * 1:初始标记:(Stop the world 暂停用户线程)
     *   标记所有与GC Root直接可达的对象
     *
     * 2:并发标记
     *  从第一个阶段标记的对象开始,trace标记
     *
     * 4:最终标记:(Stop the world 暂停用户线程)
     *  在第二步并发标记的阶段,由于程序执行,
     *  导致被标记对象之间的引用关系发生变化,所以需要重新调整标记
     *
     * 5:筛选回收:
     *  和CMS的并发回收不一样,
     *  G1收集器首先会对所有Region的回收价值和回收成本进行排序,
     *  然后再进行回收。
     *  这样可以保证在有限的时间内获得最大的回收率.
     *
     */

GC

GC