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JVM进阶调优系列(4)年轻代和老年代采用什么GC算法回收?

article 2024/12/25 2:35:43

大厂面试真题:GC 算法有多少种？各自优缺点是什么？年轻代和年老代选择哪种算法最优？

首先回顾一个图，也就是.class文件的类加载过程，以及线程执行、java内存模型图。看过系列1、2、3三篇文章的同学，大脑先回顾一遍类加器类型、双亲委派机制、如何打破双亲委派机制、GC内存划分、各个区域存放什么数据、以及给你一段代码要知道具体如何执行，对象什么时候被回收的逻辑。有道是，磨刀不误砍柴工，温故而知新，巩固基础，修炼JVM调优进阶核心技术。

然后堆内存空间区域划分，在上一篇文章系列2以及说过，具体如下图，再回顾一下，年轻代分了Eden区和S1、S2区，堆内存里除了年轻代，其他都是老年代空间。

今天重点讲的就是堆内存的GC算法以及GC处理过程，一步步来，希望本系列(预计100篇)结题的时候，有缘刷到的同学都有所收获，都能做JVM线上问题排查和JVM调优。

一、年轻代GC 复制算法

我们知道，当一个新对象要存到堆内存里，这里暂且不说大对象，对象都是优先放到年轻代的Eden区。那随着时间推移，如下图Eden区满了，怎么办？答案：那肯定是要发生YGC，也就是Minor GC。

YGC采用的是什么GC算法？

答: 复制算法。

那为什么选这个算法？

答：稍等，后文解答。

复制算法核心逻辑是：将GC发现有GC Roots也就是还存活的对象，统一挪到S区。

1.1 复制算法的三个阶段

1、标记阶段

从GC Roots集合开始，标记还存活被引用的对象；

2、转移阶段

即把存活对象复制到新的内存地址上。

3、重定位阶段

因为复制转移导致对象的地址发生了变化，在这个重定位阶段，要把所有指向对象的旧地址的指针调整为新内存地址。

1.2 举例具体YGC过程

1、最开始，所有新对象在Eden区，发生YGC后，将存活的对象放到S1区；

2、再发生YGC，就把Eden区和S1区的存活对象，放到S2区。新对象继续放Eden区；

3、再发生YGC，就把Eden区和S2的存活对象，放到S1区。新对象继续放Eden区；

2和3反复。

如下图，当YGC结束后，Eden区就变干净，S区的1或2会存放存活对象，而另一个S区也是干净的。

1.3 复制算法有什么优点？

实现简单，另外由于没有标记和清除过程，执行效率高（毕竟存活的对象总是很少），而且复制对象到S区，使得内存空间总是连续的，没有空间碎片，那内存碎片问题就解决了。另外通过Eden+S1+S2三个区，而且是8:1:1的空间比例，内存利用率也很高，高达90%，仅仅浪费10%，相比传统复制算法只分两个区（5:5占比划分），内存利用率大幅提升。

1.4 复制算法的缺点是什么？

唯一缺点，就是没有100%利用内存，会有一些浪费。目前年轻代的这种分区复制算法，以及非常优秀，仅浪费10%左右内存，这个参数可以根据实际情况进行JVM调优。

看完复制算法的优缺点，这回就知道年轻代为什么适合用复制算法了：核心是年轻代每次GC后存活的对象很少，用复制算法效率高。

1.4 年轻代对应的垃圾回收器有哪些?

年轻代对应的GC回收器有Serial 垃圾回收器、ParNew垃圾回收器。

二、老年代GC 标记-整理算法

老年代的GC，也就是FullGC，那FullGC什么时候会触发呢？

一般就是当YGC之后发现存活对象很多，S区放不下了，或者触发某些规则，必须放老年代那边。这时候会去检查老年代还有多少空闲空间，如果发现老年代那边的空闲空间放不下，那就要先发生一个FullGC腾空间。

老年代FullGC主流采用的是标记-整理算法，核心原理大概是这样：

把老年代里的存活对象标记处理，然后清理那些已经可以GC回收的对象。最后把相关存活对象归集整理放在一篇连续内存区域，避免有内存碎片。

老年代的这个标记回收算法，是非常慢的，效率比年轻代回收慢一个数量级。

老年代对应的GC回收器有Serial Old垃圾回收器、CMS垃圾回收器。

2.1 标记-整理算法过程具体说说

1、标记（Marking）

与其他算法标记类型，从根对象开始，标记出所有存活的对象。

2、整理（Compacting）

在标记清除可以被回收的对象后，将所有存活的对象向一片连续内存移动，这样可以消除内存碎片提高老年代的内存使用率。

3、更新引用

在整理过程中，由于对象位置有挪动修改，所以对象内部的引用也需要进行同步更新，以指向移动后的对象地址。

发现这个过程和复制算法是差不多的，核心差异在整理那，不过那细讲也要写一篇来说，后续出文再讲。

2.2 标记整理算法的优缺点是什么？

优点：解决了标记-清理算法存在的内存碎片问题，使得内存空间更加紧凑，提高了内存利用率。

缺点：由于需要对存活对象进行移动，这会导致一定的性能开销，降低了GC效率。

2.3 老年代为什么不用复制算法？

老年代的标记整理算法竟然效率这么低，为啥不该用复制算法呢？

这是因为老年代的对象存活率会较高，每次FGC，很可能有超过50%对象还会存活。如果存活的对象多，那复制操作的效率也一样会变低。同样，有一个的标记清除算法也可以应用在老年代中，但是它效率和标记整理算法差不多，也不高，且在内存回收后容易产生大量内存碎片。因此标记整理算法（Mark-Compact）算法，是老年代较优的选择。

本文仅重点介绍分区复制算法、还有标记整理算法，除了这两个还有标记-清除算法（Mark-Sweep）、分代收集算法（Generational Collection）。这里不再赘述。