上一篇文章 介紹了jvm虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)內(nèi)存結(jié)構(gòu)以及如何標(biāo)識(shí)需要回收的對(duì)象，這一節(jié)主要講解垃圾回收的基本算法。

基本上 jvm內(nèi)存回收有三種 基本算法

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  標(biāo)記-清除

  
  

標(biāo)記清除的算法最簡(jiǎn)單，主要是標(biāo)記出來(lái)需要回收的對(duì)象，然后然后把這些對(duì)象在內(nèi)存的信息清除。如何標(biāo)記需要回收的對(duì)象，在上一篇文章里面已經(jīng)有說(shuō)明。

 

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  標(biāo)記-清除-壓縮

  
  

這個(gè)算法是在標(biāo)記-清除的算法之上進(jìn)行一下壓縮空間，重新移動(dòng)對(duì)象的過(guò)程。因?yàn)闃?biāo)記清除算法會(huì)導(dǎo)致很多的留下來(lái)的內(nèi)存空間碎片，隨著碎片的增多，嚴(yán)重影響內(nèi)存讀寫(xiě)的性能，所以在標(biāo)記-清除之后，會(huì)對(duì)內(nèi)存的碎片進(jìn)行整理。最簡(jiǎn)單的整理就是把對(duì)象壓縮到一邊，留出另一邊的空間。由于壓縮空間需要一定的時(shí)間，會(huì)影響垃圾收集的時(shí)間。

 

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  標(biāo)記-清除-復(fù)制

  
  

這個(gè)算法是吧內(nèi)存分配為兩個(gè)空間，一個(gè)空間（A）用來(lái)負(fù)責(zé)裝載正常的對(duì)象信息,，另外一個(gè)內(nèi)存空間（B）是垃圾回收用的。每次把空間A中存活的對(duì)象全部復(fù)制到空間B里面，在一次性的把空間A刪除。這個(gè)算法在效率上比標(biāo)記-清除-壓縮高，但是需要兩塊空間，對(duì)內(nèi)存要求比較大，內(nèi)存的利用率比較低。適用于短生存期的對(duì)象，持續(xù)復(fù)制長(zhǎng)生存期的對(duì)象則導(dǎo)致效率降低

由于現(xiàn)在的處理器都是多核的，處理器的性能得到了極大的提升，所以在此基礎(chǔ)上有產(chǎn)生了幾種垃圾收集算法。主要包括兩種算法

• 并行標(biāo)記清除

所謂并行，就是原來(lái)垃圾回收只是一個(gè)線程進(jìn)行?，F(xiàn)在創(chuàng)建多個(gè)垃圾回收線程。并行的進(jìn)行標(biāo)記和清除。比如把需要標(biāo)記的對(duì)象平均分配到多個(gè)線程之后，當(dāng)標(biāo)記完成之后，多個(gè)線程進(jìn)行清除。

 

• 并發(fā)標(biāo)記清除

所謂并發(fā)，就是應(yīng)用程序和垃圾回收可以同時(shí)執(zhí)行。在標(biāo)記清除算法中，在標(biāo)記對(duì)象和清除對(duì)象，以及壓縮對(duì)象的情況下是需要暫停應(yīng)用的。那么并行標(biāo)記清除壓縮算法則是在標(biāo)記清除壓縮算法的基礎(chǔ)上，把標(biāo)記清除壓縮算法分為以下幾個(gè)過(guò)程

初始標(biāo)記->并發(fā)標(biāo)記->重新標(biāo)記->并發(fā)清除->重置

以上幾種算法是垃圾回收的基本算法，jvm垃圾回收就是在以上幾種算法為基礎(chǔ)的，在以上幾種算法的基礎(chǔ)上，java垃圾回收器可以分為以下幾種：

• 串行收集器

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

單線程收集器。在目前多核服務(wù)器端運(yùn)行的情況下，效率比較低。比較適合堆內(nèi)存小的情況下使用。

• 并行收集器

用多線程處理所有垃圾回收工作，利用多核處理器的優(yōu)勢(shì)。但是如果線程數(shù)量過(guò)多，導(dǎo)致線程之間頻繁調(diào)度，也會(huì)影響性能。一半并行收集的線程是處理器的個(gè)數(shù)。

“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。

• 并發(fā)收集器

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（初始標(biāo)記的過(guò)程），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)（重新標(biāo)記的過(guò)程），在此過(guò)程中多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行垃圾回收工作。

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。

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。

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。

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。

并發(fā)收集器，在垃圾回收的時(shí)候采用并發(fā)標(biāo)記清除算法的收集器

對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求高的，多CPU，大型應(yīng)用。比如頁(yè)面請(qǐng)求/web服務(wù)器。前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)用的比較多。

我們以sun公司的hotspot虛擬機(jī)為例，hotspot采用的是分代回收算法，因?yàn)楦鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)，一般80%的對(duì)象就是朝生夕滅，對(duì)象的生命期都很短。而根據(jù)對(duì)象的生命周期不同，可以劃分出來(lái)幾個(gè)區(qū)域，一部分區(qū)域的對(duì)象創(chuàng)建比較頻繁，但是生命周期比較短，一部分區(qū)域?qū)ο笊芷诒容^長(zhǎng)，還有一部分區(qū)域?qū)ο笊芷趲缀鹾蚸ava虛擬機(jī)相同。

sunspot堆內(nèi)存分為三個(gè)區(qū)域：

• 新生代（Young）

新生代包括兩個(gè)區(qū)：Eden區(qū)和Survivor區(qū)，其中Survivor區(qū)一般也分成兩塊，簡(jiǎn)稱Survivor1 Space 和 Survivor2 Space （或者From Space 和 To Space）。新生代通常存活時(shí)間較短，因此基于標(biāo)記清除復(fù)制算法來(lái)進(jìn)行回收，掃描出存活的對(duì)象，并復(fù)制到一塊新的完全未使用的空間中，對(duì)應(yīng)于新生代，就是在Eden和From或To之間copy。新生代采用空閑指針的方式來(lái)控制GC觸發(fā)，指針保持最后一個(gè)分配的對(duì)象在新生代區(qū)間的位置，當(dāng)有新的對(duì)象要分配內(nèi)存時(shí)，用于檢查空間是否足夠，不夠就觸發(fā)GC。當(dāng)連續(xù)分配對(duì)象時(shí)，對(duì)象會(huì)逐漸從eden到Survior，最后到舊生代。

可以采用串行處理和并行處理器

• 老年代（Old）

在垃圾回收多次，如果對(duì)象仍然存活，并且新生代的空間不夠，則對(duì)象會(huì)存放在老年代。

在老年代采用的是 標(biāo)記清除壓縮算法。因?yàn)槔夏甏膶?duì)象一般存活時(shí)間比較長(zhǎng)，每次標(biāo)記清除之后，會(huì)有很多的零碎空間，這個(gè)就是所謂的浮動(dòng)垃圾。當(dāng)老年代的零碎空間不足以分配一個(gè)大的對(duì)象的時(shí)候，就會(huì)采用壓縮算法。在壓縮的時(shí)候，應(yīng)用需要暫停。

可以采用串行處理，并行處理器，以及并發(fā)處理器。

• 持久代（Permanent)

這部分空間主要存放java方法區(qū)的數(shù)據(jù)以及啟動(dòng)類(lèi)加載器加載的對(duì)象。這一部分對(duì)象通常不會(huì)被回收。所以持久代空間在默認(rèn)的情況下是不會(huì)被垃圾回收的。

 

由于把內(nèi)存空間分為三塊，一般把新生代的GC稱為minor GC ，把老年代的GC成為 full GC，所謂full gc 會(huì)先出發(fā)一次minor gc，然后在進(jìn)行老年代的GC。

具體的過(guò)程如下：

首先想eden區(qū)申請(qǐng)分配空間，如果空間夠，就直接進(jìn)行分配，否則進(jìn)行一次Minor GC。minor GC 首先會(huì)對(duì)Eden區(qū)的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記出來(lái)存活的對(duì)象。然后把存活的對(duì)象copy到From空間。如果From空間足夠，則回收eden區(qū)可回收的對(duì)象。如果from內(nèi)存空間不夠，則把From空間存活的對(duì)象復(fù)制到To區(qū)，如果TO區(qū)的內(nèi)存空間也不夠的話，則把To區(qū)存活的對(duì)象復(fù)制到老年代。如果老年代空間也不夠（或者達(dá)到觸發(fā)老年年垃圾回收條件的話）則觸發(fā)一次full GC。

簡(jiǎn)單方向就是Eden->From->To->Old，如下圖所示。