java垃圾回收

本文主要是介绍java垃圾回收，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

为什么要进行垃圾回收？**

随着程序的运行，内存中存在的实例对象、变量等信息占据的内存越来越多，如果不及时进行垃圾回收，必然会带来程序性能的下降，甚至会因为可用内存不足造成一些不必要的系统异常。

哪些“垃圾”需要回收？

如果某个对象已经不存在任何引用，那么它可以被回收。
什么时候进行垃圾回收？

引用计数算法

每个对象添加一个引用计数器，每被引用一次，计数器加1，失去引用，计数器减1，当计数器在一段时间内保持为0时，该对象就认为是可以被回收得了。（在JDK1.2之前，使用的是该算法）

缺点：当两个对象A、B相互引用的时候，当其他所有的引用都消失之后，A和B还有一个相互引用，此时计数器各为1，而实际上这两个对象都已经没有额外的引用了，已经是垃圾了。但是却不会被回收

可达性分析算法

该算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT 开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点
目前java 中可作为GC Root 的对象有：

虚拟机栈中引用的对象（本地变量表）
方法区中静态属性引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中引用的对象（Native Object）

如何垃圾回收

内存主要被分为三块，新生代、旧生代、持久代。三代的特点不同，造就了他们所用的GC算法不同，新生代适合那些生命周期较短，频繁创建及销毁的对象，旧生代适合生命周期相对较长的对象，持久代在Sun HotSpot中就是指方法区（有些JVM中根本就没有持久代这中说法）。首先介绍下新生代、旧生代、持久代的概念及特点：

新生代：New Generation或者Young Generation。上面大致分为Eden区和Survivor区，Survivor区又分为大小相同的两部分：FromSpace 和ToSpace。新建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor中，新生代的大小可以由-Xmn来控制，也可以用-XX:SurvivorRatio来控制Eden和Survivor的比例.
**旧生代：**Old Generation。用于存放新生代中经过多次垃圾回收仍然存活的对象，例如缓存对象。旧生代占用大小为-Xmx值减去-Xmn对应的值。

**持久代：**Permanent Generation。在Sun的JVM中就是方法区的意思，尽管有些JVM大多没有这一代。主要存放常量及类的一些信息默认最小值为16MB，最大值为64MB，可通过-XX:PermSize及-XX:MaxPermSize来设置最小值和最大值。

常见的GC算法：

标记-清除算法（Mark-Sweep）

就是分为标记和清除两个阶段进行处理内存中的对象

缺点：

1.效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；
2.空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

复制算法（Mark-Sweep）

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外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。反复去交换两个内存的角色，完成垃圾收集

java中新生代的from和to空间就是使用这个算法

优点：这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等。复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半，未免太高了一点。
缺点：复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低（所以eden区没有采用这个算法）

标记-整理算法（Mark-Sweep）

是在标记清除法基础上做了优化，把存活的对象压缩到内存一端，然后直接清理掉端边界以外的内存（老年代使用的就是标记压缩法）

分代收集算法（Generational Collection）

1、根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。
2、一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
3、在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去（回收频率很高），只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。

其中，新生代又细分为三个区：Eden,From Survivor,ToSurviver,比例是8：1：1

4、老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。

GC算法优劣标准

评价一个垃圾收集GC算法的两个标准

吞吐量（throughput）越高算法越好
暂停时间（pause times）越短算法越好

吞吐量

JVM在专门的线程[GC Threads]中执行GC 只要GC线程是活动的 就会和应用程序线程[Application Threads]争用当前可用CPU的时钟周期而吞吐量就是指应用程序线程占程序总用时的比例
停顿

一个时间段内应用程序线程让GC线程执行而完全暂停。

垃圾回收器的任务是识别和回收垃圾对象进行内存清理，为了让垃圾回收器可以高效的执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿的状态。停顿的目的是终止所有应用线程，只有这样系统才不会有新的垃圾产生，同时停顿保证了系统状态在某一个瞬间的一致性，也有益于更好地标记垃圾对象，因此垃圾回收时，都会产生应用程序的停顿

垃圾收集器

前言

HotSpot JVM收集器

上面有7中收集器，分为两块，上面为新生代收集器，下面是老年代收集器。如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。

串行收集器

概念

使用单线程进行垃圾回收的收集器，每次回收时，串行收集器只有一个工作线程，对于并行能力较弱的计算机来说，串行收集器的专注性和独占性往往有更好的性能表现。串行收集器可以在新生代和老年代中使用，根据作用于不同的堆空间，分为新生代串行收集器和老年代收集器。

-XX:+UseSerialGC :年轻串行（Serial），老年串行（Serial Old）
Serial收集器：

Serial收集器是一个新生代收集器，单线程执行，使用复制算法。它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程(用户线程)。是Jvm client模式下默认的新生代收集器。对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。

Serial Old收集器

1、Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用“标记-整理”算法。
2、主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。
3、如果在Server模式下，那么它主要还有两大用途：
一种用途是在JDK 1.5以及之前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用[1]，
另一种用途就是作为CMS收集器的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用。

并行收集器

ParNew收集器

1、Serial收集器的多线程版本
2、单CPU不如Serial，因为存在线程交互的开销

-XX:+UseParNewGC 新生代并行（ParNew），老年代串行（Serial Old）

-XX:ParallelGCThreads=n 设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。一般最好和计算机的CPU相当

Parallel Scavenge收集器

-XX:+UseParallelGC 新生代使用并行回收收集器，老年代使用串行收集器

1、吞吐量优先”收集器
2、新生代收集器，复制算法，并行的多线程收集器
3、目标是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。
4、吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间），虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
5、两个参数用于精确控制吞吐量:
-XX：MaxGCPauseMillis 是控制最大垃圾收集停顿时间

-XX：GCTimeRatio 直接设置吞吐量大小

-XX：+UseAdaptiveSizePolicy 动态设置新生代大小、Eden与Survivor区的比例、晋升老年代对象年龄

6、并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。
7、并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），用户程序在继续运行，而垃圾收集程序运行于另一个CPU上。
Parallel Old收集器

-XX:+UseParallelOldGC 新生代和老年代都使用并行回收收集器

1、Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记-整理”算法。
2、在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合，都可以优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器。
CMS收集器

1、以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
2、非常符合互联网站或者B/S系统的服务端上，重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短的应用
3、基于“标记—清除”算法实现的
4、CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的
5、它的运作过程分为4个步骤，包括：

初始标记，“Stop The World”，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，并发标记阶段就是进行GC RootsTracing的过程
重新标记，Stop The World”，是为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，但远比并发标记的时间短
并发清除（CMS concurrent sweep）

6、优点：并发收集、低停顿
7、缺点：

对CPU资源非常敏感。
无法处理浮动垃圾，可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次Full GC的产生。
一款基于“标记—清除”算法实现的收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC 应用CMS收集器

-XX:ConcGCThreads 设置并发线程数量

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 设置当老年代空间实用率达到百分比值时进行一次cms回收,默认为68，当老年代的空间使用率达到68%的时候，会执行CMS回收

如果内存使用率增长的很快，在CMS执行的过程中，已经出现了内存不足的情况，此时CMS回收就会失败，虚拟机将启动老年代串行回收器进行垃圾回收，这回导致应用程序中断，直到垃圾回收完成后才会正常工作，这个过程GC的停顿时间可能较长，所以该值需要根据实际情况设置。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 设置cms在垃圾收集完成后进行一次内存碎片整理

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设定进行多少次cms回收后，进行一次内存压缩。

G1（Garbage-First）收集器

1、当今收集器技术发展的最前沿成果之一
2、G1是一款面向服务端应用的垃圾收集器。
3、优点：

并行与并发：充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势
分代收集：不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆
空间整合：“标记—整理”算法实现的收集器，局部上基于“复制”算法不会产生内存空间碎片
可预测的停顿：能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒

4、G1收集器的运作大致可划分为以下几个步骤：

初始标记：标记一下GC Roots能直接关联到的对象，需要停顿线程，但耗时很短
并发标记：是从GC Root开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活的对象，这阶段耗时较长，但可与用户程序并发执行
最终标记：修正在并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录
筛选回收：对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划

-XX:+UserG1Gc 应用G1收集器

-XX:MaxGCPauseMillis 指定最大停顿时间

-XX:ParallelGCThreads 设置并行回收的线程数量

总结

在众多的垃圾回收器中，没有最好的，只有最适合应用的回收器，根据应用软件的特性以及硬件平台的特点，选择不同的垃圾回收器，才能有效的提高系统性能。
Minor GC 和 Full GC 有什么区别？

新生代 GC （Minor GC） ：发生在新生代的垃圾收集动作。Minor GC 非常频繁，回收速度比较快。

老年代 GC （Major GC/Full GC）：发生在老年代的 GC， Major GC 一般比 Minor GC 慢 10 倍以上。
内存分配规则

对象优先在 Eden 分配

大多数情况下，对象在新生代 Eden 区中分配。当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起 Minor GC。

大对象直接进入老年代

长期存活的对象将进入老年代

虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在 Eden 出生在 Survivor 区中每熬过一次 Minor GC，年龄加 1 岁，当年龄到一定程度（默认15岁），就会晋升到老年代中。

动态对象年龄判定

在 Survivor 空间中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。

空间分配担保

在发生 Minor GC 之前，虚拟机会先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间，如果这个条件成立，那么 Minor GC 可以确保是安全的。如果不成立，则虚拟机会查看 HandlePromotionFailure 设置值是否允许担保失败。如果允许，那么会继续检查老年代最大可能连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，将尝试着进行一次 Minor GC，尽管这个 Minor GC 是有风险的；如果小于，或 HandlePromotionFailure 设置不允许冒险，那这次也要改为进行一次 Full GC。

优秀的编程习惯

（1）避免在循环体中创建对象，即使该对象占用内存空间不大。
（2）尽量及时使对象符合垃圾回收标准。
（3）不要采用过深的继承层次。
（4）访问本地变量优于访问类中的变量。

这篇关于java垃圾回收的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！