[Java知识库]Java内存回收机制GC（四）

垃圾收集算法

分代收集理论

定义：

? JVM的垃圾收集都采用分代收集算法，就是将堆分为**新生代和老年代**，这样我们可以根据各个年代的特点选择 合适的垃圾回收算法

标记复制算法

定义：

? 将内存分为大小相同的两块，每次只使用其中的一块，当进行垃圾回收时，将还存活的对象复制到另一块去，然后把使用的空间一次清理。

缺点：

? 每次只能使用一半的内存

优点：

? 避免内存碎片的产生

标记清除算法

定义：

? 用GC Roots去标记存活的对象，统一回收所有未被标记的对象

缺点：

• 内存碎片产生 —— 标记清除后会产生大量不连续的碎片

• 效率不高 —— 如果需要标记的对象太多，效率不高

标记整理算法

定义：

? 用GC Roots去标记存活的对象，将这些对象往一端移动，然后直接清除 端边界以外的内存

缺点：

• 效率不高

垃圾收集器

垃圾收集算法是内存回收的方法论，垃圾收集器是内存回收的具体实现

垃圾收集器配合使用图：

Serial收集器

参数：

-XX:+UseSerialGC(年轻代), -XX:+UseSerialOldGC(老年代)

定义：

? 一个单线程收集器，在GC过程中，必须暂停其他所有的工作线程（ “Stop The World” ），直到GC结束

算法：

? 新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。

优点：

• 简单高效 —— 因为没有上下文切换，获得很高的单线程效率

缺点：

• STW影响用户体验

Parallel Scavenge收集器

参数：

-XX:+UseParallelGC(年轻代), -XX:+UseParallelOldGC(老年代)

-XX:ParallelGCThreads （指定收集线程数）

定义：

? 就是Serial收集器的多线程版本，关注点是吞吐量（高效率的利用CPU） 【使得GC时间尽可能短】

? JDK8默认的新生代和老年代收集器

算法：

? 新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。

CMS收集器

参数：

-XX:+UseConcMarkSweepGC(old)

定义：

? 是一种 获取最短回收停顿时间为目标【STW的时间】 收集器， 实现了让垃圾收集线程与用户线程并行工作

算法：

? 基于 “标记-清除”算法实现，用到 三色标记法的增量更新算法

优点：

• 并发收集
• 低停顿 —— STW时间比Parallel Scavenge长，但用户的感知短。

缺点：

• 浮动垃圾 —— 并发标记和并发清理时产生的垃圾没办法处理
• 内存碎片 —— -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection参数设置做整理
• concurrent mode failure —— 并发模式失败，会转为 serial old垃圾收集器来回收 【GC过程又有大对象移动到老年代】
  • 通过参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction调整当老年代使用达到某个值 [默认92%] 触发full GC，调小一点，避免大对象移动老年代导致==并发模式失败==

过程：

优化

优化本质上就是让短期存活的对象尽量都留在survivor里，不要进入老年代，这样在minor gc的时候这些对象都会被回收，不会进到老年代从而导致full gc

三色标记算法

定义：

? GC Roots可达性分析算法遇到的对象，标记为三种颜色：

• 黑色：本对象和引用都完全访问
• 灰色：本对象访问，但引用不全都访问
• 白色：本对象未被访问

漏标、多标问题

1. 当CMS算法执行到这里，还没有来得及标记 D点

2. 并发下，用户线程将A.d的引用指向B.d，B.d的引用置NULL；

3. 导致D未变色，作为垃圾对象【白色】被清除

解决问题

增量更新

定义：

? 当黑色对象A插入新的指向白色对象D的引用关系时，会保存新插入的引用；等并发标记结束后，在重新标记阶段将这些黑色对象A作为根再次扫描 【重新标记会STW】

? 简化理解为， 黑色对象一旦新插入了指向白色对象的引用之后， 它就变回灰色对象了

原始快照

定义：

? 当灰色对象B要删除指向白色对象D的引用关系时， 会保存要删除的引用， 在并发标记结束后， 在重新标记阶段将这些灰色对象B作为根再次扫描 【重新标记会STW】

写屏障

定义：

? 写屏障类似于AOP操作，在插入之前或者删除之前将 变更的引用记录下来。

使用：

增量更新 和 原始快照都用到了写屏障

例子：

/* 实现SATB 快照 */
void pre_write_barrier(oop* field) {
    oop old_value = *field;    // 获取旧值
    remark_set.add(old_value); // 记录原来的引用对象
}


/* 实现增量更新 */
void post_write_barrier(oop* field, oop new_value) {  
    remark_set.add(new_value);  // 记录新引用的对象
}

应用

下面垃圾收集器，针对漏标的处理方案：