JVM——GC（垃圾回收）算法

一.垃圾回收的基本概念

垃圾回收（GC，Garbage Collection），指内存中不会再被使用的对象清理掉。

垃圾回收有很多种算法：如引用计数法、标记压缩法、复制算法、分代/分区的思想

二.垃圾回收算法

1.引用计数法：这是个比较古老而经典的垃圾收集算法，其核心就是在对象被其他所引用时计数器+1，当应用时效时则-1，但是这种方式有非常严重的问题：无法处理循环引用的情况。还有就是每次进行+-操作比较浪费系统的性能

2.标记清除法：就是分为标记和清除两个阶段进行处理内存中的对象。这种方式也有非常大的弊端，就是空间碎片问题。垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内存空间

原理：对于“活”的对象，一定可以追溯到其存活在堆栈、静态存储区之中的引用。这个引用链条可能会穿过数个对象层次。第一阶段：从GC roots开始遍历所有的引用，对有活的对象进行标记。第二阶段：对堆进行遍历，把未标记的对象进行清除。这个解决了循环引用的问题。

3.复制算法：其核心思想就是将内存空间划分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存留对象复制到未被使用的内存块中去，之后去清除之前正在使用的内存块中所有的对象，反复去交换两个内存的角色，完成垃圾收集。（java新生代里的s0和s1空间就是使用这种算法）

4.标记压缩法：标记压缩分在标记清除法的基础上做了优化，把存活的对象压缩到内存的一端，然后进行垃圾清理（老年代使用的就是这种算法）

ps：新生代和老年代采用不同GC算法的原因

先说新生代，因为新生代的对象是很不稳定的，被回收的概率达到80%，所以一个对象基本是被回收的，这个时候如果采用标记压缩法，会导致大量的空间被压缩；而采用复制算法，只有少数的对象会在s0/s1区中做转换

再说说老年代，老年代的对象是经过多次GC算法的回收之后留下来的，非常稳定，这时如果采用复制算法，将消耗大量的空间，并且很多是无谓的复制；而采用标记压缩法，因为对象很稳定，所以压缩的对象其实很少

5.分区算法

jvm把内存分成一个个的小片，每个小片里单独进行GC，目的是为了较少GC的停顿时间

该算法是jdk1.7以后提出 来的，应用不广泛

三.GC停顿

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执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿状态，停顿的目的是终止所有线程，只有这样系统才会没有新的垃圾产生，同时停顿保证了系统状态在某一瞬间的一致性，也有益于更好地标记垃圾对象。

四.垃圾收集器的种类

1.串行垃圾回收器

单线程进行垃圾回收，对于并行能力弱的计算机来说，串行垃圾回收器的专注性和独占性往往有更好的性能提现。

2.并行垃圾回收器

并行回收器在串行的基础上做了改进，可以使用多个线程同时进行垃圾回收，对云计算能力强的计算机而言，可以有效缩短垃圾回收所需要的实际时间

（1）ParNew回收器

ParNew回收器是一个工作在新生代的垃圾收集器，它只是简单地将串行收集器多线程化，回收策略和算法跟串行回收器一样

（2）ParallelGC回收器

新生代ParallelGC回收器，使用了复制算法的收集器，也是多线程独占形式的收集器，但是ParallelGC回收器有个非常重要的特点，它非常关注系统的吞吐量

（3）ParallelOldGC回收器

与ParallelGC相似，但是其工作空间在老年代

3.CMS（Concurrent Mark Sweep）回收器（主流）

并发标记清除，使用的是标记清除法，主要关注系统停顿的时间

CMS并不是独占的回收器，也就是说，CMS在回收的过程中，程序仍然在不停地工作，又有新的垃圾不断产生，所以在使用CMS过程中应该确保应用程序的内存足够可用。CMS不会等到应用程序饱和时采取回收垃圾，而是到达一定的阀值时就开始回收了，默认是68（阀值可以配置）,也就是说，当老年代空间使用率打到68的时候，会执行CMS回收。如果内存使用率增长的很快，在CMS执行过程中就已经出现了内存不足的情况，此时CMS回收就会失败，jvm将启动老年代串行回收器进行垃圾回收，这会导致应用程序中断，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。

标记清除法有个问题是碎片问题，CMS有个参数可以设定多少次CMS垃圾回收之后进行一次压缩

4.G1回收器

jdk1.7中提出，从长期目标来看是取代CMS回收器的。G1属于分代垃圾回收器，区分新生代和老年代，依然有eden和from/to区，不要求整个eden区或者新生代/老年代都空间连续，它使用了分区算法

并行性：G1回收期间可以多线程同时工作

并发性：G1拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可以与应用程序同时执行，在整个GC期间不会完全阻塞应用程序

分代GC：G1依然是个分代的收集器，但是它兼顾新生代和老年代一起工作，之前的垃圾收集器他们或在新生代工作，或在老年代工作，因此这是个很大的不同。

空间整理：G1回收的过程中，不会像CMS那样在若干次GC之后需要进行碎片整理。G1采用了有效复制对象的方式，减少空间碎片

可预见性：由于分区的原因，G1可以只选取部分区域进行回收，缩小了回收范围，提升了性能