JVM GC 垃圾收集简介

什么是垃圾？

对于程序汇总分配的内存，当使用完成后，这部分内存就会成为垃圾，需要对其进行释放，否则，这部分内存将无法被重复利用，最终造成内存泄漏。

什么是GC？

GC是一种自动的存储管理机制。当一些被占用的内存不再需要时，就应该予以释放。这种存储资源管理，称为垃圾回收。

对于java而言，是自动进行垃圾回收的。

如何发现垃圾？

既然要实现垃圾的自动回收，那么第一件事就是找到垃圾，那么如何发现垃圾呢？其实就是判断这个对象是否存活。

常见的两种方式判断：

• 1）引用计数法（reference count）
• 2）根可达性算法（root searching）

引用计数法（reference count）的循环引用、相互引用： 没有外部引用，但是本身的计数器又不为0。

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根可达性算法 由于引用计数法存在的问题，所有主流的jvm都不使用引用计数法，而是采用根可达性算法。

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如上图，带有GCRoots的对象表示正在被引用，而其他的对象虽然相互间有引用，但是没有根节点，仍然会被删除。

GCRoots对象： 哪些对象可以成为GCRoots呢？jvm中主要针对堆内的内存进行垃圾回收，而在虚拟机栈、本地方法栈和方法区内的对象则不会被回收，通常选择这三个区域的对象作为GCRoots。

在jvm中主要有以下四种，在方法区存在两种：

• 1）虚拟机栈中引用的对象：虚拟机栈帧中的局部变量表所引用的对象。
• 2）本地方法栈中引用的对象：JNI (Native方法)引用的对象。
• 3）方法区中类静态和常量对象：静态变量和常量引用的对象。

以下图来展示在JVM内存模型（JMM）的GCRoots：

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在根可达性算法中，所有的引用都是强引用，下面具体分析下jvm中的四种引用。

**四种引用：

垃圾如何处理？

我们通过上面学到的根可达性算法可以发现垃圾的所在，那么jvm是如何进行垃圾回收的呢？通过jvm提供的垃圾收集器（GC） 。

目前有以下种类的垃圾收集器，其中虚线表示垃圾收集器可以进行组合使用：

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常见的垃圾收集算法

标记清除(mark sweep) ：位置不连续 产生碎片 效率偏低（两遍扫描） 拷贝算法 (copying) ：没有碎片，浪费空间 标记压缩(mark compact) ：没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整）

标记清除(mark sweep)

顾名思义，标记清除算法分为两个阶段标记（mark） 和清除（sweep） 。

标记: Collector从引用根结点开始遍历,标记所有被引用的对象。一般是在对象的Header中记录为可达对象。

清除: Collector对堆内存从头到尾进行线性的遍历,如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象,则将其回收。

对所有能找到根节点引用的内存空间进行标记，清除没有找到根节点的内存空间，其大概实现过程如下：

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缺点 :

• 1）STW（stop the word），回收时，应用挂起。
• 2）内存越大，效率越多，需要扫描的时间越长。
• 3）内存碎片化，会导致无法装下新申请的对象，整体内存是足够的，但并非连续的。

拷贝算法 (copying)

拷贝算法将内存空间划分为两个区间，在任意时间点，所有动态分配的对象都只能分配在其中一个区间（称为活动区间），而另外一个区间（称为空闲区间）则是空闲的。

当活动区间的内存占满时，接下来GC线程会将活动区间内的存活对象，全部复制到空闲区间，且严格按照内存地址依次排列，与此同时，GC线程将更新存活对象的内存引用地址指向新的内存地址。

其大概过程如下图所示：

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缺点 浪费内存，并且存活对象越多的情况下，效率越低。

标记压缩/标记整理(mark compact)

标记过程仍然和标记-清除一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理端边界以外的内存。

实现过程大概如下：

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缺点 效率不高，除了要标记存活对象，还要整理存活对象的引用地址，效率低于复制算法。

总结 以上三种算法都是根据根可达性算法实现的。当开始GC时，三种算法都会造成STW（stop the world）。

JVM的内存模型如何实现垃圾回收？分代模型

文章前面介绍了简单很多种垃圾收集器，不同的垃圾收集器有不同的分代模型：

• 1）除Epsilon、ZGC、Shenandoah之外的GC都是使用逻辑分代模型
• 2）G1是逻辑分代，物理不分代
• 3）除1）2）之外不仅逻辑分代，而且物理分代

分代模型

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上图中的分代模型有些需要特别关注的点：

1）整个分代模型的组成：新生代 + 老年代 + 永久代（jdk1.7）/元空间（jdk1.8） 永久代、元空间：Class 永久代：必须指定大小限制 元空间：可以设置大小，也可以不设置，无上限（受限于物理内存） 字符串常量池： jdk1.7 - 永久代，jdk1.8 - 堆 MethodArea（方法区）逻辑概念：永久代、元数据

2）新生代： Eden + 2个suvivor区 YGC回收之后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0 再次YGC，活着的对象eden + s0 -> s1 再次YGC，活着的对象eden + s1 -> s0 年龄足够 -> 老年代 （通常15，对象头Mark Word 的age只有4bit，最大是15 、CMS 6） suvivor区装不下 -> 老年代

3）老年代 老年代满了FGC Full GC（STW）

GC Tuning 尽量减少FGC MinorGC = YGC MajorGC = FGC