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深入了解jvm垃圾回收

article 2024/12/28 22:44:47

1、为什么要有GC，哪些内存对象需要回收？

对于一个Java开发者来说，了解过Java内存区域的都知道，Java内存区域分了堆、栈、程序计数器等等。

Java的程序计数器，栈内存，他们随线程生，随线程灭，方法结束后内存也就回收了。

一个字符串“abc”已经进入常量池，但是当前系统没有任何一个String对象引用了做“abc”的字面量，那么，如果发生垃圾回收并且有必要时，“abc”就会被系统移出常量池。
常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。

当Java虚拟机发现内存资源紧张的时候，就会自动地去清理无用变量所占用的内存空间，为我们的程序提升更高的性能。

2、如何判断对象需要回收？

一般常见的两种回收判断算法：

2.1、引用计数算法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1。

任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
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该方法实现简单，效率高，但是它很难它很难解决对象之间相互循环引用的问题。比如图中的 Object3 和Object4相互引用，引用计数不可能为0，虽然它们已经没有被Root引用了。

所以，大多数jvm判断对象是否存活基本并没有采取该方法。

2.2、可达性分析算法（根搜索算法）

这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)。

当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时（不可达）则证明此对象是不可用的。

要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

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被认为GC Roots的有以下几种：

虚拟机栈中引用的对象
方法区中静态属性、常量引用的对象
Native方法引用的对象

3、如何回收（垃圾收集算法）？

随着Java虚拟机的发展，jvm衍生出了很多种垃圾回收算法。

1、标记-清除（Mark-Sweep）算法

最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标记和清除。

标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。

在这里插入图片描述
从图中我们就可以发现，该算法最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

2、复制算法（copying ）

为了解决 Mark-Sweep 算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为相等大小的两块。

每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉，如图：
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这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话，Copying 算法的效率会大大降低。

3、标记-整理（Mark-Compact）算法

结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和标记-清除（Mark-Sweep）算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除两端边界外的对象。
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直接清除边界的对象也不好，如果边界是老年代，每一次都被清除就很不合理。

4、分代收集算法

分代收集法是目前虚拟机（包括HotSpot VM）收集器都是采用该方法。
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对象将根据存活的时间被分为：新生代（Young Generation）、年老代（Old Generation）、永久代（Permanent Generation，也就是方法区），然后进行分代回收，分算法回收。

新生代：对象被创建时，内存的分配首先发生在新生代（准确地说是Eden区，大对象（大于Eden空间）可以直接被创建在年老代）

新生代又划分为 Eden 区 + Survivor区（Survivor区又分 from 和 to 区），大小分别占 80%，10%，10%。

Eden区是连续的内存空间，因此在其上分配内存极快。

老年代：老年代存储的对象比新生代多，而且大对象也多。老年代用的算法是标记-整理算法。

永久代（方法区）：1.8就没有了，只有元空间。常见的就是常量池、类信息等等。

分代收集算法的GC过程：

（1）在年轻代中，Eden区提供堆内存如果满了，Eden进行MinorGC，将存活的对象→from ，Eden区清空；

（2）Eden区再次满， Eden 区和 from 区同时进行 Minor GC，把存活对象放入 to 区，Eden和from 同时清空；

如果在to区中的对象仍然存活，则把对象标志 +1。

（3）重复（2）的操作，某些对象在反复 Survive 15 次后，或者Eden+from 的存活对象 > to ，这些对象就只能放到老年代了，如果老年代放不下了，就进行Full GC）；

（4）当 Old 区也被填满时，进行 Full GC，对 Old 区进行垃圾回收。

可以通过参数 SurvivorRatio 手动配置 Eden 区和单个 Survivor 区的比例，默认为 8。可以通过参数–XX:SurvivorRatio 来设定，即将堆内存中年轻代划分为8:1:1

4、垃圾回收器

垃圾回收器是虚拟机不断发展产生的，不同的垃圾回收器使用不同的垃圾回收算法（下面讲到）

以HotSpot VM来说，垃圾回收器大致分为七种类型：

串行：Serial New收集器
串行：Serial Old收集器
串行：ParNew收集器
并行：Parallel收集器
并行：Parallel Old 收集器
并发标记扫描CMS收集器
G1收集器

注：串行、并行其它工作线程要暂停，并发不会。

5.JVM常见参数

设置合理的jvm参数对Java程序有至关重要的作用。

基本设置：
-Xms300m 起始内存（堆大小）设置为300m
-Xmx 最大内存
-Xmn 新生代内存
-Xss 栈大小。就是创建线程后，分配给每一个线程的内存大小
-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
收集器设置
-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
垃圾回收统计信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename
并行收集器设置
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)
并发收集器设置
-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。