垃圾回收（GC）流程

摘要：

垃圾回收这一步对于jvm十分重要，内存管理虽然不用手动管理，但是对于查错确实，排错确是十分重要哦！

大致流程：允许GC之后（注意，发动GC也是需要一定的要求步骤，不详细展开，会另写博客进行说明）-> 开始查找那些允许被回收的（两个算法）-> 开始回收（四个算法）

上述是简单的流程，根据不同的垃圾回收器，用到的思想大致如此，具体实现步骤不同。

有请提示：垃圾回收器是可以用到好几个算法，组合起来更强大。然后jvm进行GC的时候，也是将垃圾回收器进行组合的。

第一步：那些对象是垃圾：

1，引用计数法：通过对引用的遍历，找到对应的实例，让对应的实例计数加 1 ，如果引用取消，或者指向null，实例的引用减 1 。把找到的引用都遍历一遍之后，如果发现有对象实例的计数是0。那么这个对象就是垃圾对象了。在通过垃圾回收算法对其进行回收即可。

缺点：想想一下，有两个类，互相引用，也就是A对象的实例（也就是对象的全局变量）是一个指向B对象的引用，B对象实例是一个指向A对象的引用。那么这两个对象的引用计数，永远不可能是0 。也就不可能对其进行回收了。

2，可达性分析法：这个算法类似于树的遍历，学过数据结构的小伙伴应该会好理解。简单来说，按照一定的规则说明那些可以作为一个根节点（GC root），然后以这些根节点去访问其引用的对象，被访问的对象又会有其他对象的引用。想象一下，是不是像极了树的遍历。这个路径称作引用链，但凡是在引用链上的对象，都是可用的。注意，引用连的起始点都是GC root 哦。虽然有其他对象存在类似于引用链的结构，但是，起始点不是GC root的那一些，都是垃圾，可以被回收的。

GC root的查找规则：java栈中的引用，方法区中的静态属性（静态变量 + 静态常量），方法区中常量引用的对象（方法区中有个结构叫做常量池，存储的一部分是常量），本地方法（线程独占区中有个结构叫做本地方法栈）。

一般情况下，都是使用的可达性分析法去查找垃圾类实例。

第二步：垃圾回收器算法（标记-清除、复制算法、标记-整理、分代算法）

1，标记-清除:找到垃圾类之后，标记一下。然后直接清除即可。（算法很快）

缺点：产生空间碎片，不利于大对象的安排进去。

2,复制算法：将内存分为四块：新生代（Eden），生存代（Survivor * 2），老年代。有五种内存分配策略，讲完之后再说。类的升级流程是Eden->Survivor->老年代；

算法流程：1），先找到垃圾类，将可以使用的类移动到Survivor2，将Eden + 另一块Survivor1中的内存全部清除。

2），将新生成的类实例优先分配到Eden，分配不下时，放到Survivor2。进行GC时，将Survivor2中对象的满足一定条件（例如对象年龄达到某一个标准）的对象分配到老年代中。将本次GC存活下来的分配到Survivor1中，在清除Eden + Survivor2 。依次循环即可。

缺点：很容易发现吧，Survivor中每次都会浪费一个Survivor的内存没有使用，所以为了减少浪费，一半将Eden的内存扩大，Survivor的内存设置小一点。例如：HotSpot（HotSpot是8中的jvm默认虚拟机）中设置的是 8 ： 1 ： 1；

3，标记-整理：看名字是不是感觉很熟悉，没错。跟标记-清除很像，也是直接标记。改算法使用到了前面两个算法的精华，改善了缺点。

算法流程：1），直接标记

2），集中，无缝隙的移动到一端，此时会发现，剩下的垃圾类，都会在其他地方。移动完成之后就会发现有一个边界，就是可用类跟其他空间的一个边界，下一步直接把边界以外的空间直接清除掉就可以了。

缺点：看起来很完美，但是越完美的，往往在时间上过不去。

4，分代算法：根据在哪里清除，选用算法不一样。

算法流程：1），新生代采用复制算法

2），老年代采用标记-清除算法（老年代GC很少访问，类也很少去直接分配到里面，内存碎片的可怕性就显得不那么重要了）

下面说说内存分配原则：

1，对象优先分配到Eden区域；

2，大对象直接分配到老年区：大对象的就是，对象里面有很大数组或者很大的字符串；

3，长时间存活的对象存入老年区：就是上面复制算法里面说的那个对象升级流程；

4，动态对象年龄判定：jvm并不是永远地要求对象的年龄必须达到了MaxTenuringThreshold才可以进入老年代，如果Survivor空间中年龄相同的所有对象的总空间>=本servivor中的一半，那么年龄>=本年龄的对象可以直接进入老年区；

5，空间分配原则：简单来说，就是在发生Minor GC（在新生代进行GC）情况下，为了防止发生在Minor GC后，Eden有大量存活的对象，导致survivor不能全部存入，这时需要老年代去担保，把这些对象放入老年代，但是要确保老年要存的下。

1），再发生Minor GC之前，检查老年区的可用的连续空间是否是大于新生代（Eden）的所有对象的总空间，如果是，直接全部晋升老年代，保证Minor GC的安全；

2），如果不行，就检查HandlePromotionFailure（可以手工设定）参数时候允许担保失败，允许的话，直接分配。不能的话，发生一次full GC（或者是Major GC 在老年代进行GC）。

3），不允许担保失败，发生一次 full GC。

为什么不直接进行full GC ，因为速度慢呀。而且经常GC 也效果不大，因为老年代都是一些长期存活的对象。

最后一个模块：垃圾回收器，主要有七种。说一下工作流程跟特点。注意哦，jvm可以根据不同的场景，使用不同的垃圾回收器。例如：如果要对老年代进行回收的话，可以选择

收集器有：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1（G1是目前最好的收集器）。

上图是HotSpot的垃圾收集器的使用范围，HotSpot是现在主流的 jvm。

1，Serial收集器跟 Serial Old收集器：

这个两个收集器看名字就知道，Serial是针对于新生代的，Serial Old是针对老年代的。是最古老的垃圾收集器。

工作原理：要进行垃圾回收（GC）的时候，首先会进行StopTheWorld（意思是将目前所有的线程都停止掉），Serial 采用复制算法进行单线程处理，Serial Old采用标记-整理算法对老年代进行单线程处理。

优势：虽然是最古老的垃圾收集器，但是会简单高效，对于单cpu的，收集效率会很高，因为没有线程之间切换带来的时间消耗。可以用在Client（客户端），桌面应用上。

2，ParNew收集器：

ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。但是，它确实目前server模式下虚拟机首选的垃圾收集器，原因后说。

工作原理：就是在StopTheWorld之后使用多线程进行回收垃圾。使用算法是复制算法。

优势：为什么会是首选的垃圾回收器，最主要的原因是因为CMS，CMS是个跨时代的收集器，真正意义上实现了并发收集垃圾，也就是说，妈妈在收拾房间的时候，你还可以丢垃圾，而Serial、ParNew、Parallel都是你的乖乖待在一个地方，直到妈妈把房间打扫好之后才可以继续制造。为什么还需要ParNew呢？因为CMS是针对老年代进行回收的，还缺一个对新生代回收的，而新生代回收的垃圾回收器有三个：Serial、ParNew、Parallel。Parallel性能肯定比ParNew性能好，为什么不使用呢？因为在JDK1.4.0中的存在的Parallel不能跟CMS一起配合使用，那能配合使用的只有Serial跟ParNew了，而现在服务器都是多核CPU，所以ParNew就成了虚拟机优先使用的垃圾收集器了。

3，Parallel收集器：

Parallel 收集器是一个新生代收集器，注重的是收集器的吞吐量（Parallel收集器也被称作是“吞吐量优先”收集器）

工作原理：跟ParNew收集器工作原理相似，只不过是严格控制了吞吐量（吞吐量就是CPU执行用户代码的时间比上CPU总消耗时间的比值，既（运行用户代码时间/(运行用户代码时间 + GC回收时间)））

优势：严格控制吞吐量，用户体验会更好，因为卡顿会更少。ParNew需要自己去设置参数，在Parallel中有一个参数

-XX:+UserAdaptiveSizePolicy

开关参数，开启后，不需要手工指定新生代大小、Eden 跟 Servivor比例，晋升老年代对象大小参数的细节参数，jvm会根据系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数，这些操作称为GC自适应调节策略。对于新生会很友好。

这个也是Parallel跟ParNew的最主要的区别。

4，Parallel Old收集器：

产生原因：比较有意思，因为Parallel的地位很尴尬，因为Parallel是适用于新生代，那老年代有谁呢，一个是CMS，一个是Serial Old。但是CMS不能跟Parallel配合使用，但是Serial Old（在多核CPU中）会拖后腿。于是，本收集器产生了。终于Paralle 有了自己的组合搭档（Parallel + Parallel Old）

工作原理：多线程 + 标记-整理算法。其他流程跟Parallel、ParNew、Serial一样。

优势：在注意吞吐量以及CPU资源敏感的场合，都可以优先考虑使用Parallel + Parallel Old组合。

5，CMS收集器

他来了，他来了。

CMS收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。

工作原理：基于标记-清除算法实现的，流程分为4步：

1），初始标记（仅仅标记一下GC Root，）

2），并发标记（是一个单独的线程，一起跟用户的线程一起运行）

3），重新标记（去标记一下在运行期间发生变化的对象）

4），并发清除（是一个单独的线程，一起跟用户的线程一起运行）

其中，初始标记跟重新标记任然需要Stop The World。

图中的安全点，跟发动GC有关，任何一个GC收集器动作都会设计安全点。另附博客说明。

6，G1收集器：

目前最强收集器，强到什么地步。不需要其他收集器配合，自己就可以管理新生代跟老年代。G1是面向服务端应用的垃圾收集器，HotSpot开发团队称在未来可以替换掉JDK1.5中发布的CMS收集器。

工作流程：算法：整体采用了标记-整理算法，局部使用了复制算法。工作流程也是分为4步：

1），初始标记

2），并发标记

3），最终标记

4），筛选回收

跟CMS的工作流程差不多。因为G1还正在开发优化，在大数据上应用停顿时间以及吞吐量还有缺陷。还没有大方面的普及。

本博客还差一点CMS跟G1的优缺点介绍，这方面内容颇多，已经干到晚上了，见谅。

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