jvm javaGC算法，垃圾收集器

概述

1. 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。
2. jvm 中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈都是随线程而生随线程而灭，栈帧随着方法的进入和退出作入栈和出栈操做，实现了自动的内存清理，所以，咱们的内存垃圾回收主要集中于 java 堆和方法区中，在程序运行期间，这部份内存的分配和使用都是动态的

对象存活的判断 

判断对象是否存活通常有两种方式：

1. 引用计数：每一个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时能够回收。此方法简单，没法解决对象相互循环引用的问题。
2. 可达性分析（Reachability Analysis）：从GC Roots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GC Roots没有任何引用链相连时，则证实此对象是不可用的。不可达对象。

在Java语言中，GC Roots包括：

•   虚拟机栈中引用的对象。
•   方法区中类静态属性实体引用的对象。
•   方法区中常量引用的对象。
•   本地方法栈中JNI引用的对象。

垃圾收集算法

    “标记-清楚“（mark-Sweep）算法，如他的名字同样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出全部须要回收的对象，在标记完成后统一回收掉全部被标记的对象。之因此说它是最基础的收集算法，是由于后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进而获得的。

它的主要缺点有两个：一个是效率问题，标记和清除过程的效率都不高；另一个是空间问题，标记清除以后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会致使，当程序在之后的运行过程当中须要分配较大对象时没法找到足够的连续内存而不得不提早触发另外一次垃圾收集动做。

        复制”（Copying）的收集算法，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一块上面，而后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

        这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂状况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存便可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，持续复制长生存期的对象则致使效率下降。

        标记-压缩算法复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操做，效率将会变低。更关键的是，若是不想浪费50%的空间，就须要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中全部对象都100%存活的极端状况，因此在老年代通常不能直接选用这种算法。

根据老年代的特色，有人提出了另一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法同样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让全部存活的对象都向一端移动，而后直接清理掉端边界之外的内存

GC分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都很是短暂，存活时间短。

“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就能够根据各个年代的特色采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少许存活，那就选用复制算法，只须要付出少许存活对象的复制成本就能够完成收集。而老年代中由于对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收

垃圾收集器

若是说收集算法是内存回收的方法论，垃圾收集器就是内存回收的具体实现

Serial收集器

• 串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。新生代、老年代使用串行回收；新生代复制算法、老年代标记-压缩；垃圾收集的过程当中会Stop The World（服务暂停）
• 参数控制：-XX:+UseSerialGC  串行收集器

 

ParNew收集器

• arNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。新生代并行，老年代串行；新生代复制算法、老年代标记-压缩
• 参数控制：-XX:+UseParNewGC  ParNew收集器
• -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量

Parallel收集器

• Parallel Scavenge收集器相似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量。能够经过参数来打开自适应调节策略，虚拟机会根据当前系统的运行状况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量；也能够经过参数控制GC的时间不大于多少毫秒或者比例；新生代复制算法、老年代标记-压缩
• 参数控制：-XX:+UseParallelGC  使用Parallel收集器+ 老年代串行

Parallel Old 收集器

• Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法。这个收集器是在JDK 1.6中才开始提供
• 参数控制： -XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+ 老年代并行

CMS收集器

1. CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。目前很大一部分的Java应用都集中在互联网站或B/S系统的服务端上，这类应用尤为重视服务的响应速度，但愿系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。
2. 从名字（包含“Mark Sweep”）上就能够看出CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的，它的运做过程相对于前面几种收集器来讲要更复杂一些，整个过程分为4个步骤，包括： 

• 初始标记（CMS initial mark）
• 并发标记（CMS concurrent mark）
• 从新标记（CMS remark）
• 并发清除（CMS concurrent sweep）

1. 其中初始标记、从新标记这两个步骤仍然须要“Stop The World”。初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快，并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程，而从新标记阶段则是为了修正并发标记期间，因用户程序继续运做而致使标记产生变更的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但远比并发标记的时间短。 
2.  因为整个过程当中耗时最长的并发标记和并发清除过程当中，收集器线程均可以与用户线程一块儿工做，因此整体上来讲，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一块儿并发地执行。老年代收集器（新生代使用ParNew）

   优势:并发收集、低停顿 

   缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会下降吞吐量

   参数控制：-XX:+UseConcMarkSweepGC  使用CMS收集器

             -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC后，进行一次碎片整理；整理过程是独占的，会引发停顿时间变长

            -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction  设置进行几回Full GC后，进行一次碎片整理

            -XX:ParallelCMSThreads  设定CMS的线程数量（通常状况约等于可用CPU数量）

G1收集器

G1是目前技术发展的最前沿成果之一，HotSpot开发团队赋予它的使命是将来能够替换掉JDK1.5中发布的CMS收集器。与CMS收集器相比G1收集器有如下特色：

1. 空间整合，G1收集器采用标记整理算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会由于没法找到连续空间而提早触发下一次GC。

2. 可预测停顿，这是G1的另外一大优点，下降停顿时间是G1和CMS的共同关注点，但G1除了追求低停顿外，还能创建可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为N毫秒的时间片断内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已是实时Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。

上面提到的垃圾收集器，收集的范围都是整个新生代或者老年代，而G1再也不是这样。使用G1收集器时，Java堆的内存布局与其余收集器有很大差异，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代再也不是物理隔阂了，它们都是一部分（能够不连续）Region的集合。

收集步骤：

一、标记阶段，首先初始标记(Initial-Mark),这个阶段是停顿的(Stop the World Event)，而且会触发一次普通Mintor GC。对应GC log:GC pause (young) (inital-mark)

二、Root Region Scanning，程序运行过程当中会回收survivor区(存活到老年代)，这一过程必须在young GC以前完成。

三、Concurrent Marking，在整个堆中进行并发标记(和应用程序并发执行)，此过程可能被young GC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的全部对象都是垃圾，那个这个区域会被当即回收(图中打X)。同时，并发标记过程当中，会计算每一个区域的对象活性(区域中存活对象的比例)。

四、Remark, 再标记，会有短暂停顿(STW)。再标记阶段是用来收集 并发标记阶段 产生新的垃圾(并发阶段和应用程序一同运行)；G1中采用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。

五、Copy/Clean up，多线程清除失活对象，会有STW。G1将回收区域的存活对象拷贝到新区域，清除Remember Sets，并发清空回收区域并把它返回到空闲区域链表中。

六、复制/清除过程后。回收区域的活性对象已经被集中回收到深蓝色和深绿色区域。

经常使用的收集器组合

	新生GC代策略	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

 

 

JDK8中把存放元数据中的永久内存从堆内存中移到了本地内存(native memory)中，这样永久内存就再也不占用堆内存，它能够经过自动增加来避免JDK7以及前期版本中常见的永久内存错误(java.lang.OutOfMemoryError: PermGen)。

JDK8也提供了一个新的设置Matespace内存大小的参数：

-XX:MaxMetaspaceSize=128m

注意：若是不设置JVM将会根据必定的策略自动增长本地元内存空间。若是你设置的元内存空间太小，你的应用程序可能获得如下错误：

java.lang.OutOfMemoryError: Metadata space

 

 不稳定参数语法规则：         1.布尔类型参数值         -XX:+<option> '+'表示启用该选项         -XX:-<option> '-'表示关闭该选项         2.数字类型参数值：         -XX:<option>=<number> 给选项设置一个数字类型值，可跟随单位，例如：'m'或'M'表示兆字节;'k'或'K'千字节;'g'或'G'千兆字节。32K与32768是相同大小的。         3.字符串类型参数值：         -XX:<option>=<string> 给选项设置一个字符串类型值，一般用于指定一个文件、路径或一系列命令列表。例如：-XX:HeapDumpPath=./dump.core