jvm优化—— 图解垃圾回收

从这篇开始咱们开始探讨一些jvm调优的问题。在jvm调优中一个离不开的重点是垃圾回收，当垃圾回收成为系统达到更高并发量的瓶颈时，咱们就须要对jvm中若是进行“自动化”垃圾回收技术实施必要的监控和调节。

对于调优以前，咱们必需要了解其运行原理，java 的垃圾收集Garbage Collection 一般被称为“GC”，它诞生于1960年 MIT 的 Lisp 语言，通过半个多世纪，目前已经十分红熟了。所以本篇主要从这三个方面来了解:

• 1. 哪些对象须要被回收？
  
• 2. 何时回收？
  
• 3. 如何回收？
  

1、谁要被回收

java虚拟机在执行java程序的过程当中会把它所管理的内存划分为若干个不一样是数据区域，这些区域有各自各自的用途。主要包含如下几个部分组成：

一、程序计数器

程序计数器占用的内存空间咱们能够忽略不计，它是每一个线程所执行的字节码的行号指示器。

二、虚拟机栈

java的虚拟机栈是线程私有的，生命周期和线程相同。它描述的是方法执行的内存模型。同时用于存储局部变量、操做数栈、动态连接、方法出口等。

三、本地方法栈

本地方法栈，相似虚拟机栈，它调用的是是native方法。

四、堆

堆是jvm中管理内存中最大一块。它是被共享，存放对象实例。也被称为“gc堆”。垃圾回收的主要管理区域

五、方法区

方法区也是共享的内存区域。它主要存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器（jit）编译后的代码数据。

以上就是jvm在运行时期主要的内存组成，咱们看到常见的内存使用不但存在于堆中，还会存在于其余区域，虽然堆的管理对程序的管理相当重要，但咱们不能只局限于这一个区域，特别是当出现内存泄露的时候，咱们除了要排查堆内存的状况，还得考虑虚拟机栈的以及方法区域的状况。

知道了要对谁以及那些区域进行内存管理，我还须要知道何时对这些区域进行垃圾回收。

2、何时回收

在垃圾回收以前，咱们必须肯定的一件事就是对象是否存活？这就牵扯到了判断对象是否存活的算法了。

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+1，当引用失效，计数器-1.任什么时候刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

• 优势：实现简单，断定效率高效，被actionscript3和python中普遍应用。
  
• 缺点：没法解决对象之间的相互引用问题。java没有采纳
  

可达性分析算法：

经过一系列称为“GC Roots”的对象做为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GCRoots没有任何引用链相连的时候，则证实此对象是不可用的。

好比以下，右侧的对象是到GCRoot时不可达的，能够断定为可回收对象。

在java中，能够做为GCRoot的对象包括如下几种：

• * 虚拟机栈中引用的对象。
  
• * 方法区中静态属性引用的对象。
  
• * 方法区中常量引用的对象。
  
• * 本地方法中JNI引用的对象。
  

基于以上，咱们能够知道，当当前对象到GCRoot中不可达时候，即会知足被垃圾回收的可能。

那么是否是这些对象就非死不可，也不必定，此时只能宣判它们存在于一种“缓刑”的阶段，要真正的宣告一个对象死亡。至少要经历两次标记：

第一次：对象可达性分析以后，发现没有与GCRoots相链接，此时会被第一次标记并筛选。

第二次：对象没有覆盖finalize（）方法，或者finalize（）方法已经被虚拟机调用过，此时会被认定为不必执行。

3、如何回收

上述的两点讲解以后，咱们大概明白了，哪些对象会被回收，以及回收的依据是什么，但回收的这个工做实现起来并不简单，首先它须要扫描全部的对象，鉴别谁可以被回收，其次在扫描期间须要 ”stop the world“ 对象能被冻结，否则你刚扫描，他的引用信息有变化，你就等于白作了。

分代回收

咱们从一个object1来讲明其在分代垃圾回收算法中的回收轨迹。

一、object1新建，出生于新生代的Eden区域。

二、minor GC，object1 还存活，移动到Fromsuvivor空间，此时还在新生代。

三、minor GC，object1 仍然存活，此时会经过复制算法，将object1移动到ToSuv区域，此时object1的年龄age+1。

四、minor GC，object1 仍然存活，此时survivor中和object1同龄的对象并无达到survivor的一半，因此此时经过复制算法，将fromSuv和Tosuv 区域进行互换，存活的对象被移动到了Tosuv。

五、minor GC，object1 仍然存活，此时survivor中和object1同龄的对象已经达到survivor的一半以上（toSuv的区域已经满了），object1被移动到了老年代区域。

六、object1存活一段时间后，发现此时object1不可达GcRoots，并且此时老年代空间比率已经超过了阈值,触发了majorGC（也能够认为是fullGC，但具体须要垃圾收集器来联系），此时object1被回收了。fullGC会触发 stop the world。

在以上的新生代中，咱们有提到对象的age，对象存活于survivor状态下，不会当即晋升为老生代对象，以免给老生代形成过大的影响，它们必需要知足如下条件才能够晋升：

• 一、minor gc 以后，存活于survivor 区域的对象的age会+1，当超过（默认）15的时候，转移到老年代。
  
• 二、动态对象，若是survivor空间中相同年龄全部的对象大小的综合和大于survivor空间的一半，年级大于或等于该年级的对象就能够直接进入老年代。
  

以上采用分代垃圾收集的思想，对一个对象从存活到死亡所经历的历程。期间，在新生代的时刻，会用到复制算法，在老年代时，有可能会用到标记-清楚算法（mark-sweep）算法或者标记-整理算法，这些都是垃圾回收算法基于不一样区域的实现，咱们看下这几种回收算法的实现原理。

垃圾回收算法

标记清除法（Mark-Sweep）

标记清除法是垃圾回收算法的思想基础。标记清除算法将垃圾分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

标记阶段，经过根节点，标记全部从根节点开始的可达对象，未标记过的对象就是未被引用的垃圾对象。

清除阶段，清除全部未被标记的对象。

复制算法（Copying）

复制算法是，将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在适用的内存中存活对象复制到未使用的内存块，而后清除使用的内存块中全部的对象。

标记压缩算法（Mark-Compact）

标记压缩算法是一种老年代的回收算法。

标记阶段和标记清除算法一致，对可达对象作一次标记。

清理阶段，为了不内存碎片产生，将全部的存活对象压缩到内存的一端。

4、垃圾收集器

垃圾收集器是内存回收的具体实现，不一样的厂商提供的垃圾收集器有很大的差异，通常的垃圾收集器都会做用于不一样的分代，须要搭配使用。如下是各类垃圾收集器的组合方式：

各类组合的优缺点：

	新生代GC策略	年老代GC策略	说明
组合1	Serial	Serial Old	Serial和Serial Old都是单线程进行GC，特色就是GC时暂停全部应用线程。
组合2	Serial	CMS+Serial Old	CMS（Concurrent Mark Sweep）是并发GC，实现GC线程和应用线程并发工做，不须要暂停全部应用线程。另外，当CMS进行GC失败时，会自动使用Serial Old策略进行GC。
组合3	ParNew	CMS	使用-XX:+UseParNewGC选项来开启。ParNew是Serial的并行版本，能够指定GC线程数，默认GC线程数为CPU的数量。可使用-XX:ParallelGCThreads选项指定GC的线程数。 若是指定了选项-XX:+UseConcMarkSweepGC选项，则新生代默认使用ParNew GC策略。
组合4	ParNew	Serial Old	使用-XX:+UseParNewGC选项来开启。新生代使用ParNew GC策略，年老代默认使用Serial Old GC策略。
组合5	Parallel Scavenge	Serial Old	Parallel Scavenge策略主要是关注一个可控的吞吐量：应用程序运行时间 / (应用程序运行时间 + GC时间)，可见这会使得CPU的利用率尽量的高，适用于后台持久运行的应用程序，而不适用于交互较多的应用程序。
组合6	Parallel Scavenge	Parallel Old	Parallel Old是Serial Old的并行版本
组合7	G1GC	G1GC	-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseG1GC #开启 -XX:MaxGCPauseMillis =50 #暂停时间目标 -XX:GCPauseIntervalMillis =200 #暂停间隔目标 -XX:+G1YoungGenSize=512m #年轻代大小 -XX:SurvivorRatio=6 #幸存区比例

以上优缺点来自： www.importnew.com/23752.html

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