1、GC（Garbage collection ）

程序內(nèi)存管理分手動(dòng)和自動(dòng)。

手動(dòng)內(nèi)存管理，需要我們編程的時(shí)候顯式分配和釋放空間，但如果忘記釋放，會(huì)造成嚴(yán)重的內(nèi)存泄漏問(wèn)題。如下：

//申請(qǐng)40MB內(nèi)存
 int* p = malloc(1024 * 1024 * 10 * sizeof(int));
 //釋放內(nèi)存
 free(p);

顯式分配和釋放很容易就造成內(nèi)存泄漏。因此我們希望有一種能自動(dòng)回收內(nèi)存的方法，這樣就可以消除人為造成的錯(cuò)誤。我們將這種自動(dòng)化稱(chēng)為垃圾收集（簡(jiǎn)稱(chēng)GC）

現(xiàn)代高級(jí)編程語(yǔ)言基本上都具備GC功能。

2、GC算法

GC算法按照下面兩方面內(nèi)容設(shè)計(jì)

• 標(biāo)記出所有活動(dòng)對(duì)象（程序正在使用或者叫可達(dá)對(duì)象）；
• 刪除未使用的對(duì)象和重新整理空間。

2.1標(biāo)記活動(dòng)對(duì)象

java gc 通過(guò)追蹤活動(dòng)對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，未被標(biāo)記的對(duì)象為空閑狀態(tài)?？臻e狀態(tài)對(duì)象將會(huì)在清理階段被回收。

GC標(biāo)記對(duì)象是從GcRoots開(kāi)始，它是一類(lèi)特殊對(duì)象，分以下幾種：

• 當(dāng)前執(zhí)行方法中的局部變量和方法參數(shù)。
• 活動(dòng)Java線程。
• 靜態(tài)變量由其類(lèi)引用。不過(guò)類(lèi)本身是可以被垃圾收集，回收時(shí)將刪除所有引用的靜態(tài)變量。
• JNI引用是本機(jī)代碼作為JNI調(diào)用的一部分創(chuàng)建的Java對(duì)象。這樣創(chuàng)建的對(duì)象將被特別對(duì)待，因?yàn)镴VM不知道本機(jī)代碼是否正在引用它。

標(biāo)記開(kāi)始時(shí)，GC會(huì)遍歷內(nèi)存中的整個(gè)對(duì)象樹(shù)，從那些GC Roots開(kāi)始，然后是從根到其他對(duì)象（例如實(shí)例字段）的引用。GC訪問(wèn)的每個(gè)對(duì)象都 標(biāo)記 為活動(dòng)對(duì)象。

標(biāo)記結(jié)束后，如下圖所示，藍(lán)色表示為GCroots仍然在引用的對(duì)象，灰色表示為空閑對(duì)象等待回收。

標(biāo)記階段需要注意兩方面：

• 標(biāo)記需要暫停應(yīng)用程序線程，這很好理解如果應(yīng)用線程一直在運(yùn)行對(duì)象活動(dòng)狀態(tài)就會(huì)一直變化，GC就無(wú)法進(jìn)行標(biāo)記。這種情況稱(chēng)為 安全點(diǎn)， 導(dǎo)致 Stop The World暫停簡(jiǎn)述為（STW）。
• 暫停的持續(xù)時(shí)間受活動(dòng)對(duì)象的數(shù)量影響，不取決于堆的大小和對(duì)象總數(shù) 。 因此，增加堆大小不會(huì)直接影響標(biāo)記階段的持續(xù)時(shí)間。

2.2 刪除空閑對(duì)象

GC刪除空閑對(duì)象的一般分為三類(lèi)：

• 清除，
• 壓縮，
• 復(fù)制。

2.3 標(biāo)記清除（Mark-Sweep）

經(jīng)歷標(biāo)記階段后，所有空閑對(duì)象占用的空間都可以重新分配新對(duì)象了。它會(huì)維護(hù)一個(gè)空閑列表，里面記錄的空閑區(qū)域的位置和大小。這種方式的缺點(diǎn)很明顯一是維護(hù)空閑列表增加對(duì)象開(kāi)銷(xiāo)，二是空閑區(qū)域大小不均勻，可能會(huì)遇到分配大對(duì)象區(qū)域不夠存儲(chǔ)的情況。

2.4 清除壓縮（Mark-Sweep-Compact）

清除壓多了一步復(fù)制動(dòng)作彌補(bǔ)標(biāo)記清除的缺點(diǎn)。它將所有活動(dòng)對(duì)象移動(dòng)到內(nèi)存區(qū)域的開(kāi)頭。不過(guò)該方式的缺點(diǎn)是增加復(fù)制動(dòng)作，也就增加了GC暫停時(shí)間。

2.5 標(biāo)記和復(fù)制

標(biāo)記復(fù)制這種方式與上面標(biāo)記清除壓縮相似，區(qū)別在于它是將活動(dòng)對(duì)象復(fù)制到另外一塊新的區(qū)域（幸存對(duì)象區(qū)域）。它的好處在于復(fù)制動(dòng)作可以與標(biāo)記階段同時(shí)進(jìn)行，缺點(diǎn)是需要另外一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，該存儲(chǔ)區(qū)域應(yīng)足夠大以容納幸存的對(duì)象。

3、JVM GC

在較舊的JVM GC中（串行，并行，CMS）將堆分成三個(gè)部分：固定內(nèi)存大小的年輕代，年老代和永久代。

JVM使用兩種GC算法分別對(duì)年輕代和年老代對(duì)象進(jìn)行回收。年輕代的進(jìn)行標(biāo)記復(fù)制操作，年老代回收進(jìn)行標(biāo)記清除壓縮。

3.1 JVM GC事件

我們把GC清除堆不同區(qū)域的觸發(fā)事件分為以下幾種：

• Minor GC 從年輕代空間回收稱(chēng)為次要GC。
• Major GC 從年老代空間回收主要GC。
• Full GC 清理整個(gè)堆空間，包括年輕代和年老代。

3.2 Serial GC

串行GC，年輕代進(jìn)行標(biāo)記復(fù)制，年老代進(jìn)行標(biāo)記清除壓縮。兩個(gè)GC都是單線程操作，并且觸發(fā)STW，停止所有應(yīng)用線程。多CPU計(jì)算機(jī)中基本不會(huì)使用這個(gè)GC收集器。只有在單CPU的服務(wù)器上使用才有意義。

java -XX:+UseSerialGC

3.3 Parallel GC

并行GC，年輕代進(jìn)行標(biāo)記復(fù)制，年老代進(jìn)行標(biāo)記清除壓縮。不管是年輕代還是年老代GC時(shí)都會(huì)觸發(fā)STW，停止所有應(yīng)用線程。與串行GC的區(qū)別在于它是使用多個(gè)線程運(yùn)行標(biāo)記和復(fù)制/壓縮，多線程可以縮短GC收集時(shí)間。

java8默認(rèn)GC收集器就是 parallel gc。不過(guò)因?yàn)樗跇?biāo)記清理階段仍然需要停止應(yīng)用線程，所以在要求較低延遲的場(chǎng)景下可能變得不那么適用。

可以通過(guò)-XX:ParallelGCThreads = NNN指定處理的線程數(shù)量 。默認(rèn)值等于計(jì)算機(jī)中的內(nèi)核數(shù)。

java -XX:+UseParallelGC #使用并行垃圾收集進(jìn)行清理
java -XX:+UseParallelOldGC #將并行垃圾回收用于。啟用此選項(xiàng)會(huì)自動(dòng)設(shè)置-XX:+ UseParallelGC
java -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

3.4 Concurrent Mark and Sweep

并發(fā)標(biāo)記掃描（CMS），年輕代空間執(zhí)行并行標(biāo)記復(fù)制，年老代空間執(zhí)行并發(fā)標(biāo)記清除。年輕代GC時(shí)觸STW，停止所有應(yīng)用線程，然后多線程并行收集。年老代并發(fā)標(biāo)記清除不需要暫停應(yīng)用線程。它的意義在于著避免了Parallel GC收集器在年老代GC時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間停頓。

默認(rèn)情況下，此GC方式使用的線程數(shù)等于計(jì)算機(jī)物理內(nèi)核數(shù)的1/4。

java -XX:+UseConcMarkSweepGC

我們看下CMS經(jīng)歷的幾個(gè)階段

（1）初始標(biāo)記，暫停應(yīng)用線程，標(biāo)記年老代中的所有對(duì)象，這些對(duì)象是GC Roots，和年輕代中的某些活動(dòng)對(duì)象引用的。

（2）并發(fā)標(biāo)記，GC與應(yīng)用程序線程并行運(yùn)行，從初始標(biāo)記中的根對(duì)象開(kāi)始，遍歷年老代所有活動(dòng)對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記。

（2）并行預(yù)清除，與應(yīng)用線程同時(shí)運(yùn)行，如果某些引用發(fā)生了變更，JVM會(huì)將變化的區(qū)域標(biāo)記為臟區(qū)域。預(yù)清除階段就是對(duì)這些臟區(qū)域進(jìn)行處理，并標(biāo)記還在存活的對(duì)象，然后空閑對(duì)象將被清除。預(yù)清除可以減少重標(biāo)階段的工作量。

（4）并發(fā)可中止預(yù)清除，該階段也與應(yīng)用線程并行，屬于優(yōu)化。增加這個(gè)階段是為了讓我們能控制該階段結(jié)束的時(shí)間，也是為了減輕重標(biāo)階段的工作量。

# 控制參數(shù)
-XX:CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold=2M
-XX:CMSScheduleRemarkEdenPenetration=50
-XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=5000（單位為毫秒）

比如在并發(fā)預(yù)清理之后，如果年輕代占用高于CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold，則開(kāi)始并發(fā)可中止的預(yù)清除并繼續(xù)進(jìn)行預(yù)清除，直到年輕代中達(dá)到CMSScheduleRemarkEdenPenetration百分比占用率，之后進(jìn)入重標(biāo)階段。如果經(jīng)過(guò)CMSMaxAbortablePrecleanTime時(shí)間仍然未達(dá)到要求，則直接進(jìn)入重標(biāo)階段。

（5）重標(biāo)階段，觸發(fā)STW，暫停所用應(yīng)用線程。從GCroots 開(kāi)始掃描標(biāo)記年老代的所有活動(dòng)對(duì)象。CMS會(huì)嘗試在年輕代盡可能空的時(shí)候運(yùn)行最后的備注階段。

（6）并行清理，應(yīng)用線程同時(shí)執(zhí)行。該階段的目的是刪除未使用的對(duì)象，并回收它們占用的空間以備將來(lái)使用。

（7）并行復(fù)位，并發(fā)執(zhí)行階段，重置CMS算法的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并為下一個(gè)周期做好準(zhǔn)備。

注：如上CMS垃圾收集器進(jìn)行大量工作為的是在年老代回收時(shí)不需要暫停應(yīng)用線程，以減少暫停時(shí)間。但是，它存在一些缺點(diǎn)，其中最明顯的是年老代碎片，并且在某些情況下，尤其是在大堆上，暫停持續(xù)時(shí)間缺乏可預(yù)測(cè)性。

3.5 G1 –垃圾優(yōu)先

G1是Java9默認(rèn)GC收集器。它設(shè)計(jì)的目標(biāo)是應(yīng)用在大內(nèi)存的多處理器計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)高吞吐量。一般應(yīng)用堆應(yīng)該在6GB以上且可預(yù)測(cè)的暫停時(shí)間低于0.5秒。G1作為并發(fā)標(biāo)記掃描收集器（CMS）的替代產(chǎn)品。

G1堆內(nèi)存與舊GC收集器堆內(nèi)存管理完全不同。它將堆拆分為多個(gè)較小的區(qū)域（默認(rèn)根據(jù)堆內(nèi)存拆分為接近2048份）來(lái)存對(duì)象。

G1收集器的幾個(gè)階段：

（1）初始標(biāo)記，觸發(fā)STW，標(biāo)記出從GC Roots直接訪問(wèn)的所有活動(dòng)對(duì)象。

（2）并發(fā)標(biāo)記，從已標(biāo)記的對(duì)象開(kāi)始掃描，并從根開(kāi)始標(biāo)記所有可訪問(wèn)的對(duì)象。這個(gè)階段可以被年輕一代的垃圾收集打斷。

（3）重新標(biāo)記，因?yàn)椴l(fā)標(biāo)記與應(yīng)用線程并行，所以可能存在遺漏的更新對(duì)象。此階段觸發(fā)STW，應(yīng)用線程暫停，完成活動(dòng)對(duì)象最后的標(biāo)記。

（4）復(fù)制/清理階段，G1選擇“活度”最低的區(qū)域，這些區(qū)域可以被最快地收集。并發(fā)標(biāo)記完成后將進(jìn)行[GC pause (mixed)]混合GC，年輕代和年老代同時(shí)收集。

下圖深綠色和深藍(lán)色為清除壓縮之后的區(qū)域。

G1中幾個(gè)重要的參數(shù)：

# G1區(qū)域的大小。該值為2的冪，范圍為1MB至32MB。目標(biāo)是根據(jù)最小Java堆大小具有大約2048個(gè)區(qū)域。
-XX:G1HeapRegionSize=n

# 所需的最大暫停時(shí)間設(shè)置目標(biāo)值。默認(rèn)值為200毫秒。
-XX:MaxGCPauseMillis=200

# 設(shè)置要用作年輕代大小的最小值的堆百分比。默認(rèn)值為Java堆的5％
-XX:G1NewSizePercent=5

# 設(shè)置堆大小的百分比，以用作年輕代大小的最大值。默認(rèn)值為Java堆的60％。
-XX:G1MaxNewSizePercent=60

# 設(shè)置STW工作線程的值。將n的值設(shè)置為邏輯處理器的數(shù)量。的值與n邏輯處理器的數(shù)量相同，最多為8
# 如果邏輯處理器多于八個(gè)，則將的值設(shè)置為邏輯處理器的n大約5/8。在大多數(shù)情況下，這n是可行的，但大型SPARC系統(tǒng)的值可能約為邏輯處理器的5/16。
-XX:ParallelGCThreads=n

# 設(shè)置平行標(biāo)記線的數(shù)量。設(shè)置n為并行垃圾回收線程數(shù)（ParallelGCThreads）的大約1/4 。
-XX:ConcGCThreads=n

# 設(shè)置觸發(fā)標(biāo)記周期的Java堆占用閾值。默認(rèn)占用率為整個(gè)Java堆的45％。
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45

# 設(shè)置要包含在混合垃圾收集周期中的舊區(qū)域的占用閾值。默認(rèn)占用率為65％。
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=65

# 當(dāng)可回收百分比小于堆垃圾百分比時(shí)，Java HotSpot VM不會(huì)啟動(dòng)混合垃圾回收周期。默認(rèn)值為10％。
-XX:G1HeapWastePercent=10

# 設(shè)置標(biāo)記周期后混合垃圾回收的目標(biāo)數(shù)量，以收集最多包含G1MixedGCLIveThresholdPercent實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的舊區(qū)域。默認(rèn)值為8個(gè)混合垃圾回收。混合館藏的目標(biāo)是在此目標(biāo)數(shù)量之內(nèi)。
-XX:G1MixedGCCountTarget=8

# 設(shè)置在混合垃圾收集周期中要收集的舊區(qū)域數(shù)的上限。缺省值為Java堆的10％。
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=10

# 設(shè)置保留內(nèi)存的百分比以使其保持空閑狀態(tài)，以減少空間溢出的風(fēng)險(xiǎn)。默認(rèn)值為10％。當(dāng)增加或減少百分比時(shí)，請(qǐng)確保將總Java堆調(diào)整相同的數(shù)量。
-XX:G1ReservePercent=10

4、總結(jié)

本文記錄GC算法基礎(chǔ)和Java中的幾種GC收集器。

到此這篇關(guān)于java中的GC收集器詳情的文章就介紹到這了,更多相關(guān)java中的GC收集器內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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