我看 JAVA 之 垃圾回收 GC

概述

随着程序的运行，内存中对象、变量等占据的内存越来越多，如果不及时进行垃圾回收，必然会带来程序性能的下降，甚至造成一些不必要的系统异常（比如 OOM）。

通过引用计数法和可达性分析来判断是否有必要进行垃圾回收。

常见的回收算法：标记清除、复制算法、标记-整理算法、分代回收算法。

HotSpot 虚拟机中的主要包含如下几种垃圾收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1、ZGC。

在 《我看 JAVA 之 JVM》章节，我们已经介绍了 JVM 的几个主要内存区域（见下图）。JVM 中本地方法栈、程序计数器、虚拟机栈随着线程存亡而存亡，这几个区域的内存分配和回收具有确定性，随着方法结束或线程消亡，内存会跟着回收。JVM 的 Heap 堆不一样，这部分的内存分配和回收是动态的，通常我们关注的垃圾回收也主要是这部分内存。

如何判断哪些对象需要被回收？

1. 引用计数法

为 java 对象添加一个引用计数器 counter，对象被引用一次则 counter++，引用时效则 counter--，当 counter == 0 时，对象未被使用可以回收，但是引用计数法无法解决循环引用的问题。

1. 可达性分析法

通过一系列的称为 "GC Roots" 的对象作为起点，开始向下搜索，搜索所经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，则证明该对象是不可用的。

如果，相对 GC Roots 来说，obj1~obj4 是可达的，而 obj5，obj6 不可达，说明 obj5 和 obj6 是可以被回收的。

在 Java 中，可作为 GC Root 的对象包括以下几种：

1. 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象

2. 方法区中类静态属性引用的对象

3. 方法区中常量引用的对象

4. 本地方法栈中 JNI（即一般说的 Native 方法）引用的对象

垃圾收集算法

常见的垃圾回收算法主要包括 5 种，分别为标记清除算法、复制算法、标记-整理算法、分代回收算法、分区回收算法。

标记清除算法（Mark-Sweep）

分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出需要回收的对象，标记完成之后统一清除对象。

缺点：

1. 标记和清除效率不高。

2. 产生大量不连续的内存碎片，导致有大量内存剩余的情况下，由于，没有连续的空间来存放较大的对象，从而触发了另一次垃圾收集动作。

标记清除算法

复制算法（Copying）

为了解决 Mark-Sweep 算法的缺陷，Copying 算法就被提了出来。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。

缺点：

1. 内存缩小为原来的一半，太浪费内存

复制算法

标记整理算法（Mark-Compact）

为了解决 Copying 算法的缺陷，充分利用内存空间，提出了 Mark-Compact 算法。该算法标记阶段和 Mark-Sweep 一样，但是在整理阶段，不是直接对标记对象进行清理，而是让所有存活的对象都移动到一端，然后，直接把边界以外的内存清空。解决了 Mark-Sweep 算法会造成大量不连续内存碎片的问题。

缺点：

1. 标记和整理效率不高

标记整理算法

分代回收算法

目前大多 JVM 都采用分代收集算法，根据对象的存活的时间的长短，将内存分为了新生代、老年代，永久代等，这样就可以针对不同的区域，采取对应的算法。

垃圾收集器

Serial

1. stop-the-world

2. 复制算法

3. 单线程

4. client 模式

ParNew

1. stop-the-world

2. ‍复制算法

3. 多线程，在单核环境下性能相对 Serial 不一定占优势‍

4. 效率优先

5. ParNew 相对 Parallel Scavenge 来说，可以与 CMS 搭配使用

Parallel Scavenge

1. ‍stop-the-world

2. ‍复制算法

3. 多线程

4. 吞吐量优先

Serial Old

1. ‍stop-the-world

2. ‍标记-清除-整理算法

3. 单线程

Parallel Old

1. 复制算法

2. 多线程

CMS

1. ‍并发收集器

2. 低停顿

G1

后续单独讲解

ZGC

后续单独讲解

常用垃圾收集器组合及配置

常用垃圾回收器