JVM中GC原理解析

　　1.1什么是GC
　　GC可以理解为在追踪仍然使用的所有对象，并将其余对象标记为垃圾然后进行回收，这样的一个过程称之为GC，所有的GC系统可以从如下几个方面进行实现
　　1.GC判断策略（例如引用计数，对象可达）
　　2.GC收集算法（标记清除法，标记清除整理法，标记复制清除法，分带法）
　　3.GC收集器（例如Serial，Parallel，CMS，G1）
　　1.3手动GC
　　什么是手动GC呢？即是手动为对象分配内存并回收内存
　　如下这是一个简单的手动内存管理C编写的示例
　　int send_request() {
　　size_t n = read_size();
　　int *elements = malloc(n * sizeof(int));
　　if(read_elements(n, elements) < n) {
　　// elements not freed!
　　return -1;
　　}
　　// …
　　free (elements)
　　return  0 ;
　　}
　　手动GC忘记释放内存是常有的事情。这样的话会直接导致内存泄露。 1.4自动GC
　　什么是自动GC呢？
　　自动GC一般是由系统自动对内存进行管理 引用计数法
　　其中：
　　1、绿色云表示它们指向的对象仍然由程序员使用。
　　2、蓝色圆圈是内存中的活动对象，其中的数字表示其引用计数
　　3、灰色圆圈是未从任何明确使用的对象引用的对象
　　对于引用计数法，有一个很大的缺陷就是循环引用，例如：
　　其中红色对象实际上是应用程序不使用的垃圾。但是由于引用计数的限制，它们不符合垃圾回收原理，所以仍然存在内存中，导致内存泄露。 标记清除法
　　标记清除通常有两个步骤：
　　1.标记正在遍历所有可达的对象
　　2.清除不可达对象占用的内存地址
　　这种方法就完美解决了对象之间循环依赖的问题，但是存在短时间的线程暂停。 二、JAVA中的GC分析2.1、碎片与压缩
　　JVM在垃圾回收过程中可能会产生大量碎片，为了提供其读写性能，需要对碎片进行压缩
　　例如：
　　2.2、分代设想
　　我们知道垃圾收集要停止应用程序的运行，那么如果这个收集过程需要的时间很长，就会对应用程序产生很大的性能问题，如何解决这个问题呢？通过实验发现内存中的对象可以将其分为两大类：
　　1.存活时间较短（这样的对象比较大）
　　2.存活时间较长（这样的对象量比较小）
　　基于对如上问题的分析，通过了解科学家提出了分代回收思路（年轻代，老年代，永久代），同时缩小垃圾回收范围。
　　例如：
　　2.3、GC模式分析
　　垃圾收集事件(Garbage Collection events)通常分为：
　　1.Minor GC (小型GC)：年轻代GC事件
　　2.Major GC（大型GC）：老年代GC事件
　　3.Full GC (完全GC)：整个堆的GC事件 三.GC算法基础3.1、标记可达对象
　　现在的GC算法基本都是要从标记可达对象开始（Marking Reachable Objects）
　　例如：
　　GC一般会设置一些特定对象为GC的根对象，例如：
　　1.栈中的变量
　　2.常量池中的引用
　　.....
　　GC基于根对象标记可访问对象（蓝色表示），对于不可达对象GC会认为是垃圾回收对象。 3.2、移除不可达对象
　　移除不可达对象（Removing Unused Objects）时会因GC算法的不同而不同，但是所有的GC操作一般都可以分为三组：清除（Sweep），压缩（Compact），复制（Copy）
　　清除（Sweep）
　　压缩（Compact）
　　复制（Copy）
　　复制算法会基于标记清除压缩算法，创建新的内存空间用于存储幸存对象，同时可以复制与标记同时并发执行。这样可以较少GC时系统的暂停时间，提高系统性能 四、GC算法实现
　　现在对于JVM中的GC算法两大类：一类负责收集年轻代，一类负责收集老年代。假如没有显式指定垃圾回收算法，一般会采用系统平台默认算法，当然也可以自己指定，下面是JDK8中的一些垃圾回收算法应用组合如下：
　　Young
　　Tenured
　　JVM options
　　Serial
　　Serial
　　-XX:+UseSerialGC
　　Parallel Scavenge
　　Parallel Old
　　-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC
　　Parallel New
　　CMS
　　-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC
　　G1
　　-XX:+UseG1GC
　　以上四种GC组合是现阶段最突出的几种方式。
　　4.1、Serial GC
　　Serial GC(串行收集器)应用特点：
　　1.内部只使用一个线程去回收（不能充分利用CPU的多核特性），无法并行化
　　2.GC过程可能会产生较长的时间停顿
　　3.Serial GC（串行收集器）算法应用：
　　3.1 新生代复制算法（新生代存活对象较少）
　　3.2 老年代标记-压缩算法（老年代对象回收较少，容易产生碎片）
　　Serial GC(串行收集器)场景应用：
　　a.应用在具体几百兆字节大小的JVM
　　b.应用在知有单个CPU的环境中
　　Serial GC（串行收集器）应用参数实践：
　　java -xx:+UseSerialGC com.mypackages.MyExecutableClass
　　Serial GC模式分析：
　　1.Minor GC
　　2.Full GC
　　4.2、Parallel GC
　　并行收集器应用特点：
　　1.可利用cpu的多核特性，可并行化执行GC操作。
　　2.在GC期间，所有cpu内核都在并行清理垃圾，所以暂停时间较短。
　　Parallel GC (并行收集器)算法应用：
　　1.在年轻代使用 标记-复制（mark-copy）算法：
　　1.在老年代使用 标记清除整理（mark-sweep-compact）算法
　　Parallel GC（并行收集器）场景应用：
　　1.应用于多核处理器，执行并行收集提高吞吐量。
　　2.GC操作仍需暂停应用程序，所以不适合低延迟场景
　　Parallel GC（并行收集器）模式分析：（事件分析）
　　1.Minor GC
　　2.Full GC
　　4.3、Concurrent Mark and Sweep (CMS)
　　即 标记-清除-垃圾收集器
　　CMS收集器特点：（避免在老年代垃圾收集时出现长时间卡顿）
　　1.使用空闲列表管理内存空间的回收，不对老年代进行整理
　　2在标记-清除阶段大部分工作和应用线程一起并发执行。
　　CMS算法应用：
　　1.年轻代采用并行STW方式的mark-copy（标记-复制）算法
　　2老年代主要使用并发 mark-sweep（标记-清除）算法。
　　CMS场景应用
　　1.应用于多核处理器，目标降低延迟，缩短停顿时间
　　2.cpu受限场景下，会与应用线程竞争cpu，吞吐量会减少
　　CMS关键阶段可以分为4个步骤：
　　1.初始标记 （CMS initial mark）
　　2.并发标记 ( CMS concurrent mark)
　　3.重新标记 ( CMS remark)
　　4.并发清除 (CMS concurrent sweep)
　　其中初始标记，重新标记这连个步骤仍然需要 ＂Stop The World＂ 初始标记仅仅只是标记GC Roots或yong gen能够直接关联到的对象，速度很快。
　　并发标记阶段就是进行GC Roots Tracin的过程，在此阶段，垃圾收集器遍历老年代，标记所有的存活对象，从前一阶段InitialMark找到的root根开始算起。
　　并发预清理（重新标记）阶段则是为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致冰机产生变动的那一部分的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段长一些，但远比并发标记时间短。
　　在预清理阶段，这些脏对象会被统计出来，从他们可达对象也被标记下来，此阶段完成后，用标记的card也就会被清空。
　　并发清除此阶段与应用程序并发执行，不需要STW停顿。目的是删除未使用的对象，并回收他们占用的空间
　　由于整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除过程中，收集器线程都可以与用户线程一起工作，所以总体上来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行
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