什么是垃圾回收？

程序的运行必然需要申请内存资源，无效的对象资源如果不及时处理就会一直占有内存资源，最终将导致内存溢出，所以对内存资源的管理非常重要。

垃圾回收就是对这些无效资源的处理，是对内存资源的管理。

垃圾回收的算法？

• 引用计数法

　　　　引用计数是历史最悠久的一种算法，最早George E. Collins在1960的时候首次提出，50年后的今天，该算法依然被很多编程语言使用。

• 原理

　　　　　　假设有一个对象A，任何一个对象对A的引用，那么对象A的引用计数器+1，当引用失败时，对象A的引用计数器就-1，如果对象A的计数器的值为0，就说明对象A没有引用了，可以被回收。

• 优缺点

   优点：

　　　　　　　　  实时性较高，无需等到内存不够的时候，才开始回收，

　　　　　　运行时根据对象的计数器是否为0，就可以直接回收。

　　　　　　在垃圾回收过程中，应用无需挂起。如果申请内存时，内存不足，则立刻报outofmember 内存溢出错误

　　　　　　区域性，更新对象的计数器时，只是影响到该对象，不会扫描全部对象。

    　　　　　　缺点：

　　　　　　　　  每次对象被引用时，都需要去更新计数器，有一点时间开销。

　　　　　　浪费CPU资源，即使内存够用，仍然在运行时进行计数器的统计，更新值浪费资源

　　　　　　无法解决循环引用问题。（最大的缺点）

• 标记清除法

   

  • 标记清除算法，是将垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除。
    • 标记：从根节点开始标记引用的对象。
    • 清除：未被标记引用的对象就是垃圾对象，可以被清理    
  • 原理：

  

  • 优缺点
    • 优点

    可以看到，标记清除算法解决了引用计数算法中的循环引用的问题，没有从root节点引用的对象都会被回收。

    • 缺点：

  效率较低，标记和清除两个动作都需要遍历所有的对象，并且在GC时，需要停止应用程序（有效内存耗尽时，JVM会停止应用程序的运行并开启GC线程，然后开始根据根搜索算法进行标记。标记需要遍历所有的对象，而对象一直动态变化，所以只能对某一个状态进行分析），对于交互性要求比较高的应用而言这个体验是非常差的。

  通过标记清除算法清理出来的内存，碎片化较为严重，因为被回收的对象可能存在于内存的各个角落，所以清理出来的内存是不连贯的。

• 标记压缩算法

   

  • 标记压缩算法是在标记清除算法的基础之上，做了优化改进的算法。和标记清除算法一样，也是从根节点开始，对对象的引用进行标记，在清理阶段，并不是简单的清理未标记的对象，而是将存活的对象压缩到内存的一端，然后清理边界以外的垃圾，从而解决了碎片化的问题。

     

  • 原理

• 优缺点
  • 优缺点同标记清除算法，解决了标记清除算法的碎片化的问题，同时，标记压缩算法多了一步，对象移动内存位置的步骤，其效率也有有一定的影响

• 复制算法

   

  • 复制算法的核心就是，将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块，在垃圾回收时，将正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收。
  • 如果内存中的垃圾对象较多，需要复制的对象就较少，这种情况下适合使用该方式并且效率比较高。反之，则不适合。

  

   

  • JVM中年轻代内存（原理：复制算法）

    

1. 在GC开始的时候，对象只会存在于Eden区和名为"From"的Survivor区，Survivor区"To"是空的。
2. 紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到"To"，而在"From"区中，仍存活的对象会根据他们的年龄值来决定去向。年龄达到一定值(年龄阈值，可以通过-XX:MaxTenuringThreshold来设置)的对象会被移动到年老代中，没有达到阈值的对象会被复制到"To"区域，垃圾对象会停留。
3. 经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空。这个时候，"From"和"To"会交换他们的角色，也就是新的"To"就是上次GC前的"From"，新的"From"就是上次GC前的"To"。不管怎样，都会保证名为To的Survivor区域是空的。
4. GC会一直重复这样的过程，直到"To"区被填满，"To"区被填满之后，会将所有对象移动到年老代中。

• 优缺点
  • 优点：

    在垃圾对象多的情况下，效率较高(存活对象少，就复制的少，直接清空)

    清理后，内存无碎片

  • 缺点：

    在垃圾对象少的情况下，不适用，如：老年代内存

    分配的2块内存空间，在同一个时刻，只能使用一半，内存使用率较低

     

     

• 分代算法
  • 前面介绍了多种回收算法，每一种算法都有自己的优点也有缺点，谁都不能替代谁，所以根据垃圾回收对象的特点进行选择，才是明智的选择。
  • 分代算法其实就是这样的，根据回收对象的特点进行选择，在jvm中，年轻代（存在时间短，垃圾多）适合使用复制算法，老年代（存活的长的多，垃圾少）适合使用标记清除（碎片多，更快）或标记压缩算法（碎片少，更慢）

垃圾收集器

垃圾收集器，就是垃圾回收算法的具体实现。Jvm中垃圾收集器有很多的种类。

• 串行垃圾收集器
  • 串行垃圾收集器，是指使用单线程进行垃圾回收，垃圾回收时，只有一个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停，等待垃圾回收的完成。这种现象称之为STW（Stop-The-World）。
  • 对于交互性较强的应用而言，这种垃圾收集器是不能够接受的。
  • 一般在Javaweb应用中是不会采用该收集器的

GC日志信息解读：

年轻代的内存GC前后的大小：

• DefNew
  • 表示使用的是串行垃圾收集器。
• 4416K->512K(4928K)
  • 表示，年轻代GC前，占有4416K内存，GC后，占有512K内存，总大小4928K
• 0.0046102 secs
  • 表示，GC所用的时间，单位为毫秒。
• 4416K->1973K(15872K)
  • 表示，GC前，堆内存占有4416K，GC后，占有1973K，总大小为15872K
• Full GC
  • 表示，内存空间全部进行GC(年轻代、老年代、元数据全部做垃圾回收)

• 并行垃圾收集器
  • 并行垃圾收集器在串行垃圾收集器的基础之上做了改进，将单线程改为了多线程进行垃圾回收，这样可以缩短垃圾回收的时间。（这里是指，并行能力较强的机器）
  • 当然了，并行垃圾收集器在收集的过程中也会暂停应用程序（STW），这个和串行垃圾回收器是一样的，只是并行执行，速度更快些，暂停的时间更短一些

• ParNew垃圾收集器（并行垃圾收集器）
  • ParNew垃圾收集器是工作在年轻代上的，只是将串行的垃圾收集器改为了并行。
  • 通过-XX:+UseParNewGC参数设置年轻代使用ParNew回收器，老年代使用的依然是串行收集器。

ParNew: 使用的是ParNew收集器。其他信息和串行收集器一致。

• ParallelGC垃圾收集器（并行垃圾收集器）
  • ParallelGC收集器工作机制和ParNewGC收集器一样，只是在此基础之上，新增了两个和系统吞吐量相关的参数，使得其使用起来更加的灵活和高效。
  • 相关参数如下：
    • -XX:+UseParallelGC
      • 年轻代使用ParallelGC垃圾回收器，老年代使用串行回收器。
    • -XX:+UseParallelOldGC
      • 年轻代使用ParallelGC垃圾回收器，老年代使用ParallelOldGC垃圾回收器（ParallerGC并行收集器）。
    • -XX:MaxGCPauseMillis
      • 设置最大的垃圾收集时的停顿时间，单位为毫秒
      • 需要注意的是，ParallelGC为了达到设置的停顿时间，可能会调整堆大小或其他的参数，如果堆的大小设置的较小，就会导致GC工作变得很频繁，反而可能会影响到性能。
      • 该参数使用需谨慎。
    • -XX:GCTimeRatio不常用
      • 设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比，公式为1/(1+n)。
      • 它的值为0~100之间的数字，默认值为99，也就是垃圾回收时间不能超过1%
    • -XX:UseAdaptiveSizePolicy不常用
      • 自适应GC模式，垃圾回收器将自动调整年轻代、老年代等参数，达到吞吐量、堆大小、停顿时间之间的平衡。
      • 一般用于，手动调整参数比较困难的场景，让收集器自动进行调整

以上信息可以看出，年轻代和老年代都使用了ParallelGC垃圾回收器

CMS垃圾收集器

• 串行、并行垃圾收集器都会进行暂停（并行只是短），但CMS解决了停顿问题，垃圾回收时程序也能继续执行
• CMS全称 Concurrent Mark Sweep，是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器，
• 该回收器是针对老年代垃圾回收的（默认ParNew），通过参数-XX:+UseConcMarkSweepGC进行设置。
• CMS垃圾回收器的执行过程如下：
  • 初始化标记(CMS-initial-mark) ,标记root，会导致stw；
  • 并发标记(CMS-concurrent-mark)，与用户线程同时运行；
  • 预清理（CMS-concurrent-preclean），与用户线程同时运行；
  • 重新标记(CMS-remark) ，最终标记会标记过程中新的对象，会导致stw；
  • 并发清除(CMS-concurrent-sweep)，与用户线程同时运行；
  • 调整堆大小，设置CMS在清理之后进行内存压缩，目的是清理内存中的碎片；
  • 并发重置状态等待下次CMS的触发(CMS-concurrent-reset)，与用户线程同时运行

G1垃圾收集器

• G1垃圾收集器是在jdk1.7中正式使用的全新的垃圾收集器，oracle官方计划在jdk9中将G1变成默认的垃圾收集器，以替代CMS
• G1的设计原则就是简化JVM性能调优，开发人员只需要简单的三步即可完成调优：

  1. 第一步，开启G1垃圾收集器

  2. 第二步，设置堆的最大内存

  3. 第三步，设置最大的停顿时间

• G1中提供了三种模式垃圾回收模式，Young GC、Mixed GC 和 Full GC，在不同的条件下被触发。

   

• 原理

  G1垃圾收集器相对比其他收集器而言，最大的区别在于它取消了年轻代、老年代的物理划分，取而代之的是将堆划分为若干个区域（Region），这些区域中包含了有逻辑上的年轻代、老年代区域。

这样做的好处就是，我们再也不用单独的空间对每个代进行设置了，不用担心每个代内存是否足够

在G1划分的区域中，年轻代的垃圾收集依然采用暂停所有应用线程的方式，将存活对象拷贝到老年代或者Survivor空间，G1收集器通过将对象从一个区域复制到另外一个区域，完成了清理工作。(复制算法，完成垃圾回收同时还进行了内存压缩)

这就意味着，在正常的处理过程中，G1完成了堆的压缩（至少是部分堆的压缩），这样也就不会有cms内存碎片问题的存在了。

在G1中，有一种特殊的区域，叫Humongous区域。如果一个对象占用的空间超过了分区容量50%以上，G1收集器就认为这是一个巨型对象。

这些巨型对象，默认直接会被分配在老年代，但是如果它是一个短期存在的巨型对象，就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题，G1划分了一个Humongous区，它用来专门存放巨型对象。如果一个H区装不下一个巨型对象，那么G1会寻找连续的H分区来存储。为了能找到连续的H区，有时候不得不启动Full GC

Young GC

• Young GC主要是对Eden区进行GC，它在Eden空间耗尽时会被触发。
• Eden空间的数据移动到Survivor空间中，如果Survivor空间不够，Eden空间的部分数据会直接晋升到年老代空间。
• Survivor区的数据移动到新的Survivor区中，也有部分数据晋升到老年代空间中。最终Eden空间的数据为空，GC停止工作，应用线程继续执行。

Remembered Set（已记忆集合）

• 在GC年轻代的对象时，我们如何找到年轻代中对象的根对象呢？
• 根对象可能是在年轻代中，也可以在老年代中，那么老年代中的所有对象都是根么？不一定，根年轻代、老年代都有可能。
• 如果全量扫描老年代，那么这样扫描下来会耗费大量的时间。
• 于是，G1引进了RSet的概念。它的全称是Remembered Set，其作用是跟踪指向某个堆内的对象引用。

• 每个Region初始化时，会初始化一个RSet，该集合用来记录并跟踪其它Region指向该Region中对象的引用，每个Region默认按照512Kb划分成多个Card，所以RSet需要记录的东西应该是 xx Region的 xx Card。

Mixed GC

• 当越来越多的对象晋升到老年代old region时，为了避免堆内存被耗尽，虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器，即Mixed GC，该算法并不是一个Old GC，除了回收整个Young Region，还会回收一部分的Old Region。
• 这里需要注意：是一部分老年代，而不是全部老年代，可以选择哪些old region进行收集，从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。
• 也要注意的是Mixed GC 并不是 Full GC。

• MixedGC什么时候触发？ 由参数 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n 决定。默认：45%，该参数的意思是：当老年代大小占整个堆大小百分比达到该阀值时触发。
• 它的GC步骤分2步：

1. 全局并发标记（global concurrent marking）

2. 拷贝存活对象（evacuation）

全局并发标记（只是标记，并没有对垃圾进行处理）

• 全局并发标记，执行过程分为五个步骤：

   

1. 初始标记（initial mark，STW）

标记从根节点直接可达的对象，这个阶段会执行一次年轻代GC，会产生全局停顿。

1. 根区域扫描（root region scan）

G1 GC 在初始标记的存活区扫描对老年代的引用，并标记被引用的对象。

该阶段与应用程序（非 STW）同时运行，并且只有完成该阶段后，才能开始下一次 STW 年轻代垃圾回收。

1. 并发标记（Concurrent Marking）

G1 GC 在整个堆中查找可访问的（存活的）对象。该阶段与应用程序同时运行，可以被 STW 年轻代垃圾回收中断。

1. 重新标记（Remark，STW）

该阶段是 STW 回收，因为程序在运行，针对上一次的标记进行修正。

1. 清除垃圾（Cleanup，STW）

清点和重置标记状态，该阶段会STW，这个阶段并不会实际上去做垃圾的收集，等待evacuation阶段来回收。

拷贝存活对象（这个阶段才是垃圾处理）

• Evacuation阶段是全暂停的。该阶段把一部分Region里的活对象拷贝到另一部分Region中，从而实现垃圾的回收清理

G1收集器相关参数

• -XX:+UseG1GC
  • 使用 G1 垃圾收集器
• -XX:MaxGCPauseMillis
  • 设置期望达到的最大GC停顿时间指标（JVM会尽力实现，但不保证达到），默认值是 200 毫秒。
• -XX:G1HeapRegionSize=n
  • 设置的 G1 区域的大小。值是 2 的幂，范围是 1 MB 到 32 MB 之间。目标是根据最小的 Java 堆大小划分出约 2048 个区域。
  • 默认是堆内存的1/2000。
• -XX:ParallelGCThreads=n
  • 设置 STW 工作线程数的值。将 n 的值设置为逻辑处理器的数量。n 的值与逻辑处理器的数量相同，最多为 8。
• -XX:ConcGCThreads=n
  • 设置并行标记的线程数。将 n 设置为并行垃圾回收线程数 (ParallelGCThreads)的 1/4 左右。
• -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n
  • 设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值。默认占用率是整个 Java 堆的 45%。

G1垃圾收集器优化建议

• 年轻代大小（不存在物理划分）
  • 避免使用 -Xmn 选项或 -XX:NewRatio 等其他相关选项显式设置年轻代大小。
  • 固定年轻代的大小会覆盖暂停时间目标。

     

• 暂停时间目标不要太过严苛（默认200ms）
  • G1 GC 的吞吐量目标是 90% 的应用程序时间和 10%的垃圾回收时间。
  • 评估 G1 GC 的吞吐量时，暂停时间目标不要太严苛。目标太过严苛表示你愿意承受更多的垃圾回收开销，而这会直接影响到吞吐量

GC Easy -可视化GC日志分析工具

• 前面通过-XX:+PrintGCDetails可以对GC日志进行打印，我们就可以在控制台查看，这样虽然可以查看GC的信息，但是并不直观，可以借助于第三方的GC日志分析工具进行查看。

   

• 在日志打印输出涉及到的参数如下：
  • ‐XX:+PrintGC 输出GC日志
  • ‐XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志
  • ‐XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
  • ‐XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳（以日期的形式，如 2013‐05‐04T21:53:59.234+0800）
  • ‐XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
  • ‐Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的输出路径

然后，去http://gceasy.io/ 网站上传你的.log文件进行分析

堆的内存分析：

GC吞吐量（90%就达标了）

暂停时间

像fullGC GC原因都是很重要的部分，如下图内容就是大量对象拷贝（youngGC和mixedGC）导致的GC

javaGC机制

原文：https://www.cnblogs.com/STK0210/p/11426131.html