一、基本回收算法

1. 引用計(jì)數(shù)（Reference Counting）
比較古老的回收算法。原理是此對(duì)象有一個(gè)引用，即增加一個(gè)計(jì)數(shù)，刪除一個(gè)引用則減少一個(gè)計(jì)數(shù)。垃圾回收時(shí)，只用收集計(jì)數(shù)為0的對(duì)象。此算法最致命的是無(wú)法處理循環(huán)引用的問題。
2. 標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）
此算法執(zhí)行分兩階段。第一階段從引用根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用的對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把未標(biāo)記的對(duì)象清除。此算法需要暫停整個(gè)應(yīng)用，同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
3. 復(fù)制（Copying）
此算法把內(nèi)存空間劃為兩個(gè)相等的區(qū)域，每次只使用其中一個(gè)區(qū)域。垃圾回收時(shí)，遍歷當(dāng)前使用區(qū)域，把正在使用中的對(duì)象復(fù)制到另外一個(gè)區(qū)域中。次算法每次只處理正在使用中的對(duì)象，因此復(fù)制成本比較小，同時(shí)復(fù)制過(guò)去以后還能進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不過(guò)出現(xiàn)“碎片”問題。當(dāng)然，此算法的缺點(diǎn)也是很明顯的，就是需要兩倍內(nèi)存空間。
4. 標(biāo)記-整理（Mark-Compact）
此算法結(jié)合了 “標(biāo)記-清除”和“復(fù)制”兩個(gè)算法的優(yōu)點(diǎn)。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用對(duì)象，第二階段遍歷整個(gè)堆，把清除未標(biāo)記對(duì)象并且把存活對(duì)象 “壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問題，同時(shí)也避免了“復(fù)制”算法的空間問題。
5. 增量收集（Incremental Collecting）
實(shí)施垃圾回收算法，即：在應(yīng)用進(jìn)行的同時(shí)進(jìn)行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器沒有使用這種算法的。
6. 分代（Generational Collecting）

基于對(duì)對(duì)象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把對(duì)象分為年青代、年老代、持久代，對(duì)不同生命周期的對(duì)象使用不同的算法（上述方式中的一個(gè)）進(jìn)行回收?，F(xiàn)在的垃圾回收器（從J2SE1.2開始）都是使用此算法的。

1. Young（年輕代）
年輕代分三個(gè)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè) Survivor區(qū)。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，還存活的對(duì)象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個(gè)中的一個(gè)），當(dāng)這個(gè) Survivor區(qū)滿時(shí)，此區(qū)的存活對(duì)象將被復(fù)制到另外一個(gè)Survivor區(qū)，當(dāng)這個(gè)Survivor去也滿了的時(shí)候，從第一個(gè)Survivor區(qū)復(fù)制過(guò)來(lái)的并且此時(shí)還存活的對(duì)象，將被復(fù)制“年老區(qū)(Tenured)”。需要注意，Survivor的兩個(gè)區(qū)是對(duì)稱的，沒先后關(guān)系，所以同一個(gè)區(qū)中可能同時(shí)存在從Eden復(fù)制過(guò)來(lái)對(duì)象，和從前一個(gè)Survivor復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個(gè)Survivor去過(guò)來(lái)的對(duì)象。而且，Survivor區(qū)總有一個(gè)是空的。
2. Tenured（年老代）
年老代存放從年輕代存活的對(duì)象。一般來(lái)說(shuō)年老代存放的都是生命期較長(zhǎng)的對(duì)象。
3. Perm（持久代）
用于存放靜態(tài)文件，如今Java類、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來(lái)存放這些運(yùn)行過(guò)程中新增的類。持久代大小通過(guò)-XX:MaxPermSize=<N>進(jìn)行設(shè)置。

二、GC類型
GC有兩種類型：Scavenge GC和Full GC。

1. Scavenge GC
一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就好觸發(fā)Scavenge GC，堆Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。
2. Full GC
對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：
* Tenured被寫滿
* Perm域被寫滿
* System.gc()被顯示調(diào)用
* 上一次GC之后Heap的各域分配策略動(dòng)態(tài)變化

分代垃圾回收過(guò)程演示

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二、垃圾回收器

目前的收集器主要有三種：串行收集器、并行收集器、并發(fā)收集器。

1. 串行收集器

使用單線程處理所有垃圾回收工作，因?yàn)闊o(wú)需多線程交互，所以效率比較高。但是，也無(wú)法使用多處理器的優(yōu)勢(shì)，所以此收集器適合單處理器機(jī)器。當(dāng)然，此收集器也可以用在小數(shù)據(jù)量（100M左右）情況下的多處理器機(jī)器上?？梢允褂?XX:+UseSerialGC打開。

2. 并行收集器
1. 對(duì)年輕代進(jìn)行并行垃圾回收，因此可以減少垃圾回收時(shí)間。一般在多線程多處理器機(jī)器上使用。使用-XX:+UseParallelGC.打開。并行收集器在J2SE5.0第六6更新上引入，在Java SE6.0中進(jìn)行了增強(qiáng)--可以堆年老代進(jìn)行并行收集。如果年老代不使用并發(fā)收集的話，是使用單線程進(jìn)行垃圾回收，因此會(huì)制約擴(kuò)展能力。使用-XX:+UseParallelOldGC打開。
2. 使用-XX:ParallelGCThreads=<N>設(shè)置并行垃圾回收的線程數(shù)。此值可以設(shè)置與機(jī)器處理器數(shù)量相等。
3. 此收集器可以進(jìn)行如下配置：
* 最大垃圾回收暫停:指定垃圾回收時(shí)的最長(zhǎng)暫停時(shí)間，通過(guò)-XX:MaxGCPauseMillis=<N>指定。<N>為毫秒.如果指定了此值的話，堆大小和垃圾回收相關(guān)參數(shù)會(huì)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到指定值。設(shè)定此值可能會(huì)減少應(yīng)用的吞吐量。
* 吞吐量:吞吐量為垃圾回收時(shí)間與非垃圾回收時(shí)間的比值，通過(guò)-XX:GCTimeRatio=<N>來(lái)設(shè)定，公式為1/（1+N）。例如，-XX:GCTimeRatio=19時(shí)，表示5%的時(shí)間用于垃圾回收。默認(rèn)情況為99，即1%的時(shí)間用于垃圾回收。

3. 并發(fā)收集器
可以保證大部分工作都并發(fā)進(jìn)行（應(yīng)用不停止），垃圾回收只暫停很少的時(shí)間，此收集器適合對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求比較高的中、大規(guī)模應(yīng)用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打開。
1. 并發(fā)收集器主要減少年老代的暫停時(shí)間，他在應(yīng)用不停止的情況下使用獨(dú)立的垃圾回收線程，跟蹤可達(dá)對(duì)象。在每個(gè)年老代垃圾回收周期中，在收集初期并發(fā)收集器會(huì)對(duì)整個(gè)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)短的暫停，在收集中還會(huì)再暫停一次。第二次暫停會(huì)比第一次稍長(zhǎng)，在此過(guò)程中多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行垃圾回收工作。
2. 并發(fā)收集器使用處理器換來(lái)短暫的停頓時(shí)間。在一個(gè)N個(gè)處理器的系統(tǒng)上，并發(fā)收集部分使用K/N個(gè)可用處理器進(jìn)行回收，一般情況下1<=K<=N/4。
3. 在只有一個(gè)處理器的主機(jī)上使用并發(fā)收集器，設(shè)置為incremental mode模式也可獲得較短的停頓時(shí)間。
4. 浮動(dòng)垃圾：由于在應(yīng)用運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收進(jìn)行完成時(shí)產(chǎn)生，這樣就造成了“Floating Garbage”，這些垃圾需要在下次垃圾回收周期時(shí)才能回收掉。所以，并發(fā)收集器一般需要20%的預(yù)留空間用于這些浮動(dòng)垃圾。
5. Concurrent Mode Failure：并發(fā)收集器在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)進(jìn)行收集，所以需要保證堆在垃圾回收的這段時(shí)間有足夠的空間供程序使用，否則，垃圾回收還未完成，堆空間先滿了。這種情況下將會(huì)發(fā)生“并發(fā)模式失敗”，此時(shí)整個(gè)應(yīng)用將會(huì)暫停，進(jìn)行垃圾回收。
6. 啟動(dòng)并發(fā)收集器：因?yàn)椴l(fā)收集在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)進(jìn)行收集，所以必須保證收集完成之前有足夠的內(nèi)存空間供程序使用，否則會(huì)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”。通過(guò)設(shè)置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N>指定還有多少剩余堆時(shí)開始執(zhí)行并發(fā)收集

4. 小結(jié)
* 串行處理器：
--適用情況：數(shù)據(jù)量比較小（100M左右）；單處理器下并且對(duì)響應(yīng)時(shí)間無(wú)要求的應(yīng)用。
--缺點(diǎn)：只能用于小型應(yīng)用
* 并行處理器：
--適用情況：“對(duì)吞吐量有高要求”，多CPU、對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間無(wú)要求的中、大型應(yīng)用。舉例：后臺(tái)處理、科學(xué)計(jì)算。
--缺點(diǎn)：應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間可能較長(zhǎng)
* 并發(fā)處理器：
--適用情況：“對(duì)響應(yīng)時(shí)間有高要求”，多CPU、對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間有較高要求的中、大型應(yīng)用。舉例：Web服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器、電信交換、集成開發(fā)環(huán)境。

三、GC基本原理
GC（Garbage Collection)，是JAVA/.NET中的垃圾收集器。
Java是由C++發(fā)展來(lái)的，它擯棄了C++中一些繁瑣容易出錯(cuò)的東西，引入了計(jì)數(shù)器的概念，其中有一條就是這個(gè)GC機(jī)制（C#借鑒了JAVA）
編程人員容易出現(xiàn)問題的地方，忘記或者錯(cuò)誤的內(nèi)存回收會(huì)導(dǎo)致程序或系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至崩潰，Java提供的GC功能可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)象是否超過(guò)作用域從而達(dá)到自動(dòng)回收內(nèi)存的目的，Java語(yǔ)言沒有提供釋放已分配內(nèi)存的顯示操作方法。所以，Java的內(nèi)存管理實(shí)際上就是對(duì)象的管理，其中包括對(duì)象的分配和釋放。
對(duì)于程序員來(lái)說(shuō)，分配對(duì)象使用new關(guān)鍵字；釋放對(duì)象時(shí)，只要將對(duì)象所有引用賦值為null，讓程序不能夠再訪問到這個(gè)對(duì)象，我們稱該對(duì)象為"不可達(dá)的".GC將負(fù)責(zé)回收所有"不可達(dá)"對(duì)象的內(nèi)存空間。
對(duì)于GC來(lái)說(shuō)，當(dāng)程序員創(chuàng)建對(duì)象時(shí)，GC就開始監(jiān)控這個(gè)對(duì)象的地址、大小以及使用情況。通常，GC采用有向圖的方式記錄和管理堆（heap）中的所有對(duì)象。通過(guò)這種方式確定哪些對(duì)象是"可達(dá)的"，哪些對(duì)象是"不可達(dá)的".當(dāng)GC確定一些對(duì)象為"不可達(dá)"時(shí)，GC就有責(zé)任回收這些內(nèi)存空間。但是，為了保證 GC能夠在不同平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的問題，Java規(guī)范對(duì)GC的很多行為都沒有進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定。例如，對(duì)于采用什么類型的回收算法、什么時(shí)候進(jìn)行回收等重要問題都沒有明確的規(guī)定。因此，不同的JVM的實(shí)現(xiàn)者往往有不同的實(shí)現(xiàn)算法。這也給Java程序員的開發(fā)帶來(lái)行多不確定性。本文研究了幾個(gè)與GC工作相關(guān)的問題，努力減少這種不確定性給Java程序帶來(lái)的負(fù)面影響。

四、GC分代劃分
JVM內(nèi)存模型中Heap區(qū)分兩大塊，一塊是 Young Generation，另一塊是Old Generation

1） 在Young Generation中，有一個(gè)叫Eden Space的空間，主要是用來(lái)存放新生的對(duì)象，還有兩個(gè)Survivor Spaces（from、to），它們的大小總是一樣，它們用來(lái)存放每次垃圾回收后存活下來(lái)的對(duì)象。
2） 在Old Generation中，主要存放應(yīng)用程序中生命周期長(zhǎng)的內(nèi)存對(duì)象。
3） 在Young Generation塊中，垃圾回收一般用Copying的算法，速度快。每次GC的時(shí)候，存活下來(lái)的對(duì)象首先由Eden拷貝到某個(gè)SurvivorSpace，當(dāng)Survivor Space空間滿了后，剩下的live對(duì)象就被直接拷貝到OldGeneration中去。因此，每次GC后，Eden內(nèi)存塊會(huì)被清空。
4） 在Old Generation塊中，垃圾回收一般用mark-compact的算法，速度慢些，但減少內(nèi)存要求。
5） 垃圾回收分多級(jí)，0級(jí)為全部(Full)的垃圾回收，會(huì)回收OLD段中的垃圾；1級(jí)或以上為部分垃圾回收，只會(huì)回收Young中的垃圾，內(nèi)存溢出通常發(fā)生于OLD段或Perm段垃圾回收后，仍然無(wú)內(nèi)存空間容納新的Java對(duì)象的情況。

五、增量式GC
增量式GC（Incremental GC），是GC在JVM中通常是由一個(gè)或一組進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它本身也和用戶程序一樣占用heap空間，運(yùn)行時(shí)也占用CPU。
當(dāng)GC進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，應(yīng)用程序停止運(yùn)行。因此，當(dāng)GC運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，用戶能夠感到Java程序的停頓，另外一方面，如果GC運(yùn)行時(shí)間太短，則可能對(duì)象回收率太低，這意味著還有很多應(yīng)該回收的對(duì)象沒有被回收，仍然占用大量?jī)?nèi)存。因此，在設(shè)計(jì)GC的時(shí)候，就必須在停頓時(shí)間和回收率之間進(jìn)行權(quán)衡。一個(gè)好的GC實(shí)現(xiàn)允許用戶定義自己所需要的設(shè)置，例如有些內(nèi)存有限的設(shè)備，對(duì)內(nèi)存的使用量非常敏感，希望GC能夠準(zhǔn)確的回收內(nèi)存，它并不在意程序速度的快慢。另外一些實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)游戲，就不能夠允許程序有長(zhǎng)時(shí)間的中斷。
增量式GC就是通過(guò)一定的回收算法，把一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的中斷，劃分為很多個(gè)小的中斷，通過(guò)這種方式減少GC對(duì)用戶程序的影響。雖然，增量式GC在整體性能上可能不如普通GC的效率高，但是它能夠減少程序的最長(zhǎng)停頓時(shí)間。
Sun JDK提供的HotSpot JVM就能支持增量式GC。HotSpot JVM缺省GC方式為不使用增量GC，為了啟動(dòng)增量GC，我們必須在運(yùn)行Java程序時(shí)增加-Xincgc的參數(shù)。
HotSpot JVM增量式GC的實(shí)現(xiàn)是采用Train GC算法，它的基本想法就是：將堆中的所有對(duì)象按照創(chuàng)建和使用情況進(jìn)行分組（分層），將使用頻繁高和具有相關(guān)性的對(duì)象放在一隊(duì)中，隨著程序的運(yùn)行，不斷對(duì)組進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)GC運(yùn)行時(shí)，它總是先回收最老的（最近很少訪問的）的對(duì)象，如果整組都為可回收對(duì)象，GC將整組回收。這樣，每次GC運(yùn)行只回收一定比例的不可達(dá)對(duì)象，保證程序的順暢運(yùn)行。

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