JVM垃圾回收和内存分配策略

JVM的垃圾回收

JVM垃圾回收主要完成以下几个方面的工作：

哪些内存需要回收

什么时候回收

怎么回收

问题一，有两个子问题需要回答

JVM内存布局中哪些部分进行垃圾回收？

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域是与线程紧密相关的，每个栈帧分配的内存大小在编译期是可知的，并且会随着线程的结束而释放相应的内存。堆区和方法区所需的内存随着程序的运行而动态变化，是垃圾回收的主要区域。

对象何时可以被回收？（对象存活判定算法）

即对象存活性判定问题。主要有两种策略来决定对象的“死与活”， 引用计数法和可达性分析法。

引用计数法：为每个对象添加一个引用计数器，当引用计数器计数到0时，对象就不可能再被使用了。这种方法很直观，但是对对象间相互循环引用的情况不能进行垃圾回收。

可达性分析法：从一系列的GCRootSet中的对象开始，根据引用关系构建引用关系链，在这些引用关系链中的对象是可达的，否则是不可达的。

GCRootSet中的对象主要包括：方法栈帧中引用的对象、类的静态成员引用的对象，方法区中常量引用的对象，本地方法栈中引用的对象。

问题二，垃圾回收的时间

JVM中存在固定的垃圾回收线程，在某些时间执行垃圾回收算法。对不可达的对象，要经过两次标记过程：

第一次，被标记并筛选，筛选准则是是否有必要执行finalize()方法。

对于判定为有必要执行finalize()方法的对象，添加到F-Queue的队列中，并稍后由Finalizer线程去执行，（不承诺等它结束）。

第二次，回收 “即将回收”集合中的对象。

问题三，垃圾收集算法

标记-清除算法

标记过程就是判定对象是否可达的过程，清除即回收对应的区域。最基础的算法，缺点：效率问题，内存碎片。

复制算法

将可用内存空间分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块内存即将用完时，将其中的存活对象复制到另外一块中去，并一次性清空本块内存。

改进：根据%98对象都是朝生夕死，原理。新生代维持%10的空闲区（Eden + 2 Survivor），不够时由老年代分配担保。

标记-整理算法

适用于老年代中（多数对象都存活）， 先标记，然后让所有对象向一端移动，清理掉端边界以外的对象。

分代收集算法

将堆分为新生代、老年代。老年代：标记整理算法，新生代：复制算法。

安全点(Safe Point): GC垃圾回收的暂停点。

垃圾收集器：实例

Serial收集器：单线程，Stop the World.

SerialOld:

ParNew收集器：Serial的多线程版本。

Parallel Scavenge 收集器：以吞吐量为控制目标。

停顿时间和吞吐量的矛盾：停顿时间关系到交互效果，吞吐量关系到CPU利用效率。减小新生代空间可以减小停顿时间，但是回收频率必须变高，因此吞吐量变小了。

ParallelOld: 用于老年代，控制吞吐量。

CMS：并发收集，低停顿。

G1收集器：

分配策略：对象优先在Eden区域，大对象直接进入老年代，长期存活的对象进入老年代（年龄阈值），动态年龄判定，空间分配担保。