【JVM】垃圾回收算法

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垃圾回收算法

Java是如何实现垃圾回收的呢？简单来说，垃圾回收就做两件事

1. 找到内存中存活的对象
2. 释放不在存活对象的内存，使得程序能再次利用这部分空间

垃圾回收算法的历史和分类

1960年发布了第一个GC算法：标记-清除算法。

1963年发布了复制算法

本质上后续所有垃圾回收算法都是在两种算法的基础之上优化而来

Java垃圾回收过程会通过单独的GC线程来完成，但不管使用哪种GC算法都会有部分阶段需求停止所有的用户线程，这个过程被称为StopTheWorld 简称STW,如果STW时间过程会影响用户使用

垃圾回收算法的评价标准

1.吞吐量：

CPU用于执行用户代码的时间与CPU总执行时间的比值，吞吐量数值越高，垃圾回收的效率就越高

即：吞吐量=执行用户代码时间/(执行用户代码时间+GC时间)

2.最大暂停时间

最大暂停时间指的是所有在垃圾回收过程中的STW时间最大值。最大暂停时间越短，用户使用系统时受到的影响越短

3.堆使用的效率

不同的垃圾回收算法，对堆的使用方式是不同的。

上面的三种标准不可兼得。

一般来说，堆内存越大，最大暂停时间就越长，想要减少最大暂停时间，就会降低吞吐量。

标记清除算法

标记清除算法的核心分为两个阶段：

1.标记阶段，将所有存活的对象进行标记，Java中使用可达性分析法，从GC ROOT开始通过引用链遍历出所有存活对象。

2.清除阶段，从内存中删除没有被标记也就是非存活的对象，

优点：实现简单，只需要在第一阶段给每个对象维护标志位。第二阶段删除对象即可。

缺点：

1.碎片化问题。

由于内存是连续的，所以在对象被删除后，内存中会出现很多细小的可用内存单元。如果我们需要一个比较大的空间，很可能这些内存单元的大小过小而无法分配。

2.分配速度慢，由于内存碎片的存在，需要维护一个空闲链表，极有可能发生每次需要遍历到链表最后才能获取合适的内存空间

复制算法

复制算法的核心思想是：

1. 准备两块空间From空间和To空间，每次对象分配阶段，只能使用其中一块空间(From 空间)
2. 在垃圾回收GC阶段，将From中存活对象赋值到To空间。
3. 将两块空间的From和To名字互换。

优点：

吞吐量高：复制算法只需要遍历一次存活对象复制到To空间即可，比标记-整理算法少了一次遍历的过程，因而性能较好，但是不如标记-清除算法因为标记清除算法不需要进行对象的移动。

不发生碎片化：复制算法在复制之后就会将对象按顺序放入To空间，所以对象以外 的区域都是可用空间，不存在碎片化内存空间

缺点：

内存使用效率低：每次只能让一半的内存空间来为创建对象使用

标记整理算法

标记整理算法也叫标记压缩算法，是对标记整理算法中容易产生内存碎片问题的一种解决方案。

核心思想分为两个阶段

标记阶段：将所有存活的对象进行标记，Java中使用可达性分析算法，从GC Root开始通过引用链遍历出所有存活对象。

整理阶段：将存活对象移动到堆的一端，清理掉存活对象的内存空间。

分代GC算法

现在优秀的垃圾回收算法，会将上述描述的垃圾回收算法组合进行使用，其中应用最广的就是分代垃圾回收

算法（Generational GC）

分代垃圾回收将整个内存区域划分为年轻代和老年代：

分代回收时，创建出来的对象，首先会被放入Eden伊甸园区

随着对象在Eden区越来越多，如果Eden区满，新创建的对象已经无法放入，就会触发年轻代的GC,称为Minbor GC或者 Young GC。

Minor GC会把需要eden中和From需要回收的对象回收，把没有回收的对象放入To区

接下来S0变成to区，s1变成From区，当eden区满时，在往里面放入对象。依然会发生Minor GC

此时会回收eden区和S1(from)中的对象，并把eden和from区中剩余的对象放入S0

注意：每次Minor GC中都会为对象记录他的年龄，初始值为0，每次GC完成加1

如果Minor GC后对象的年龄达到阈值(最大15，默认值和垃圾回收器有关)，对象就会被晋升老年代

当老年代中空间不足，无法放入新的对象时，先尝试minor gc如果还是不足，就会触发Full GC对整个堆进行垃圾回收。

Full GC无法回收老年代的对象，那么当对象继续放入老年代，就会抛出Out Of Memory