小师妹学JVM之:GC的垃圾回收算法

简介

JVM的重要性不言而喻了，若是把java的应用程序比做一辆跑车，那么JVM就是这辆车的发动机，没有它，java程序就成了空中楼阁，无根浮萍。而在JVM中有一块内存区域叫作运行时数据区域，存储了运行时所须要的全部对象，而Heap Area则是其中最大的一块。

内存毕竟不是无限的，因此就须要一种机制来将再也不使用的对象进行回收，这种机制就是今天咱们要讲的GC。

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对象的生命周期

小师妹:F师兄，你相信这个世界有轮回吗？

师兄我是一个坚决的无神论者，活在当下就行了，何须操心后面的轮回呢？

小师妹:F师兄，这个你就不懂了，意识是组成脑的原子群的一种组合模式，咱们大脑的物质基础和一块石头没有什么不一样。当咱们掌握大脑的组合方式，而后重构，咱们的意识就重现了，这就是轮回。这但是量子理论中提到的观念哦。

哇，小师妹何时这么厉害了，都开始探讨这么高深的话题了。F师兄我实在是跟不上节奏啊。

小师妹，F师兄，我是怕你尴尬，想引出java对象的生命周期这个话题嘛。

量子理论我不熟，java对象我还没怕过谁。

对象的生命周期其实很简单：建立，使用中，最后被销毁。

1. 建立对象

举个最简单的建立对象的例子：

Object obj = new Object();

对象建立的时候，将会为该对象分配特定的空间。

1. 使用对象

对象建立以后，就能够被其余的对象使用，若是其余的对象有使用该对象，那么咱们成为该对象被引用了。

1. 对象销毁

当一个对象没有被其余对象引用的时候，咱们就称为该对象能够被回收了。在Java中，对象的回收是由GC来负责的。

垃圾回收算法

小师妹：F师兄，我以为垃圾回收好像挺简单的，咱们为每一个对象维持一个指针计数器，每引用一次就加一，这样不就能够实现垃圾回收器了吗？

底层原理是这么一个道理，可是JVM须要一种更加高效的算法来保证垃圾回收的效率，同时也不会影响正在运行的程序。

接下来咱们将会介绍一下，在JVM中比较经常使用几个垃圾回收算法：

Mark and sweep

Mark and sweep是最最简单的垃圾回收算法，简单点讲，它能够分为两个步骤：

1. 标记live对象

标记live对象听起来很简单，就是扫描堆中的对象，看这些对象是否被引入。

可是这里有一个问题，若是是两个对象互相引用的时候，而这两个对象实际上并无被外部的对象所引用，那么这两个对象实际上是应该被回收的。因此咱们还须要解决一个关键性的问题：从哪里开始扫描的问题。

JVM定义了一些Root对象，从这些对象开始，找出他们引用的对象，组成一个对象图。全部在这个图里面的对象都是有效的对象，反之不在对象图中的对象就应该被回收。有效的对象将会被Mark为alive。

这些Root对象包括：正在执行的方法中的本地对象和输入参数。活动的线程，加载类中的static字段和JNI引用。

注意，这种遍历实际上是有个缺点的，由于为了找到对象图中哪些对象是live的，必须暂停整个应用程序，让对象变成静止状态，这样才能构建有效的对象图。后面咱们会介绍更加有效的垃圾回收算法。

1. 删除对象

扫描对象以后，咱们就能够将未标记的对象删除了。

删除有三种方式，第一种方式是正常删除。可是正常删除会致使内存碎片的产生。因此第二种方式就是删除以后进行压缩，以减小内存碎片。还有一种方式叫作删除拷贝，也就是说将alive的对象拷贝到新的内存区域，这样一样能够解决内存碎片的问题。

Concurrent mark sweep (CMS)

在讲CMS以前，咱们先讲一下垃圾回收器中的Eden，Old和Survivor space几个你们应该都很熟悉的分代技术。

Young Gen被划分为1个Eden Space和2个Suvivor Space。当对象刚刚被建立的时候，是放在Eden space。垃圾回收的时候，会扫描Eden Space和一个Suvivor Space。若是在垃圾回收的时候发现Eden Space中的对象仍然有效，则会将其复制到另一个Suvivor Space。

就这样不断的扫描，最后通过屡次扫描发现任然有效的对象会被放入Old Gen表示其生命周期比较长，能够减小垃圾回收时间。

以后要将的几个垃圾回收器，除了ZGC，其余都使用的是分代的技术。

好了，如今继续讲CMS，CMS是mark and swap的升级版本，它使用多个线程来对heap区域进行扫描，从而提高效率。

CMS在Young Generation中使用的是mark-copy，而在Old Generation主要使用的是mark-sweep。

使用CMS的命令很简单：

-XX:+UseConcMarkSweepGC

上面是列出的一些CMS的调优参数。

Serial garbage collection

Serial garbage collection使用单一的线程来进行垃圾回收操做，其好处就是不须要和其余的线程进行交互。若是你是单核的CPU，那么最好就是选择Serial garbage collection，由于你不能充分利用多核的好处。一样的它也经常用在比较小型的项目中。

Serial garbage collection在Young Generation中使用的是mark-copy，而在Old Generation主要使用的是 mark-sweep-compact。

下面是开启命令：

-XX:+UseSerialGC

Parallel garbage collection

和serial GC相似，它在Young Generation中使用的是mark-copy，而在Old Generation主要使用的是 mark-sweep-compact。不一样的是它是并行的。

能够经过下面的命令来指定并发的线程：

-XX:ParallelGCThreads=N

若是你是多核处理器，那么Parallel GC多是你的选择。

Parallel GC是JDK8中的默认GC。而在JDK9以后， G1是默认的GC。

使用下面的命令来开启Parallel GC：

-XX:+UseParallelGC

G1 garbage collection

为何叫G1呢，G1=Garbage First，它是为替换CMS而生的，最先出如今java7中。

G1将heap区域划分红为多个更小的区域，每一个小区域都被标记成为young generation 或者old generation。从而运行GC在更小的范围里运行，而不是影响整个heap区域。

可使用下面的命令来开启：

-XX:+UseG1GC

Z Garbage Collection

ZGC是一个可扩展的，低延迟的GC。ZGC是并发的，并且不须要中止正在运行的线程。

使用下面的命令来开启：

-XX:+UseZGC

ZGC是在JDK11中被引入的。

怎么选择

小师妹：F师兄，你讲了这么多个GC，到底我该用哪一个呢？

高射炮不能用来打蚊子，因此选择合适的GC才是最终要的。这里F师兄给你几个建议：

1. 若是你的应用程序内存原本就很小，那么使用serial collector ： -XX:+UseSerialGC.
2. 若是你的程序运行在单核的CPU上，而且也没有程序暂停时间的限制，那么仍是使用serial collector ： -XX:+UseSerialGC.
3. 若是对峰值期的性能要求比较高，可是对程序暂停时间没多大的要求，那么可使用 parallel collector： -XX:+UseParallelGC。
4. 若是更加关注响应时间，而且GC的对程序的暂停时间必需要小，那么可使用-XX:+UseG1GC。
5. 若是响应时间很是重要，而且你在使用大容量的heap空间，那么能够考虑使用ZGC： -XX:UseZGC。

总结

本文介绍了几种GC的算法，你们能够根据须要选用。

本文做者：flydean程序那些事

本文连接：http://www.flydean.com/jvm-gc-algorithms/

本文来源：flydean的博客

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