java 垃圾回收机制

前言：

Stop-the-world会在任何一种GC算法中发生。Stop-the-world意味着 JVM 因为要执行GC而停止了应用程序的执行。当Stop-the-world发生时，除了GC所需的线程以外，所有线程都处于等待状态，直到GC任务完成。GC优化很多时候就是指减少Stop-the-world发生的时间

                http://www.importnew.com/1993.html

            a. nul 和System.gc()

有些人把相关的对象设置为null或者调用System.gc()来试图显式地清理内存。设置为null至少没什么坏处，但是调用System.gc()会显著地影响系统性能

            b. 垃圾回收器创建条件

开发人员无法直接在程序代码中清理内存，而是由垃圾回收器自动寻找不必要的垃圾对象，并且清理掉他们。垃圾回收器会在下面两种假设（hypotheses）成立的情况下被创建

                                .大多数对象会很快变得不可达

                                .只有很少的由老对象（创建时间较长的对象）指向新生对象的引用

 c. 新生代和老年代

Java 堆内存 新生代https://www.cnblogs.com/junwangzhe/p/6282550.html

虚拟机将其物理上(堆)划分为两个–新生代（young generation）和老年代（oldgeneration）。

                                新生代（Younggeneration）: 绝大多数最新被创建的对象会被分配到这里，由于大部分对象在创建后会很快变得不可到达，所以很多对象被创建在新生代，然后消失。对象从这个区域消失的过程我们称之为”minorGC“。

                                老年代（Oldgeneration）: 对象没有变得不可达，并且从新生代中存活下来，会被拷贝到这里。其所占用的空间要比新生代多。也正由于其相对较大的空间，发生在老年代上的GC要比新生代少得多。对象从老年代中消失的过程，
4000
我们称之为”majorGC“（或者”fullGC“）

                                  


上图中的持久代（ permanent generation ）也被称为方法区（method area）。他用来保存由 jvm 加载的类文件信息、常量、静态变量等。因此，这个区域不是用来永久的存储那些从老年代存活下来的对象。这个区域也可能发生GC。并且发生在这个区域上的GC事件也会被算为major
GC。

 d. 新生代的构成

            新生代是用来保存那些第一次被创建的对象，他可以被分为三个空间
·         一个伊甸园空间（Eden ）
·         两个幸存者空间（Survivor ）

e. 新生代回收机制

一共有三个空间，其中包含两个幸存者空间。每个空间的执行顺序如下：
1.     绝大多数刚刚被创建的对象会存放在伊甸园空间。
2.     在伊甸园空间执行了第一次GC之后，存活的对象被移动到其中一个幸存者空间。
3.     此后，在伊甸园空间执行GC之后，存活的对象会被堆积在同一个幸存者空间。
4.     当一个幸存者空间饱和，还在存活的对象会被移动到另一个幸存者空间。之后会清空已经饱和的那个幸存者空间。
5.     在以上的步骤中重复几次依然存活的对象，就会被移动到老年代。
 
某些比较大的对象会在被创建在伊甸园空间后，直接转移到老年代空间.
如果你仔细观察这些步骤就会发现，其中一个幸存者空间必须保持是空的。如果两个幸存者空间都有数据，或者两个空间都是空的，那一定标志着你的系统出现了某种错误。
通过频繁的minor GC将数据移动到老年代的过程可以用下图来描述：

     

                


需要注意的是HotSpot虚拟机使用了两种技术来加快内存分配。他们分别是是”bump-the-pointer“和“TLABs（Thread-Local Allocation Buffers）”。
Bump-the-pointer技术跟踪在伊甸园空间创建的最后一个对象。这个对象会被放在伊甸园空间的顶部。如果之后再需要创建对象，只需要检查伊甸园空间是否有足够的剩余空间。如果有足够的空间，对象就会被创建在伊甸园空间，并且被放置在顶部。这样以来，每次创建新的对象时，只需要检查最后被创建的对象。这将极大地加快内存分配速度。但是，如果我们在多线程的情况下，事情将截然不同。如果想要以线程安全的方式以多线程在伊甸园空间存储对象，不可避免的需要加锁，而这将极大地的影响性能。TLABs 是HotSpot虚拟机针对这一问题的解决方案。该方案为每一个线程在伊甸园空间分配一块独享的空间，这样每个线程只访问他们自己的TLAB空间，再与bump-the-pointer技术结合可以在不加锁的情况下分配内存
 

f．老年代GC处理机制

                老年代空间的GC事件基本上是在空间已满时发生，执行的过程根据GC类型不同而不同(不同类型不同机制)

JDK7一共有5种GC类型：其中，Serial GC不应该被用在服务器上。这种GC类型在单核CPU的桌面电脑时代就存在了。使用Serial GC会显著的降低应用的性能指标

Serial GC

Parallel GC

Parallel                 GC (ParallelCompacting GC)

Concurrent Mark & SweepGC  (or “CMS”)

Garbage First (G1) GC

 

 1. Serial GC(-XX:+UseSerialGC)

新生代空间的GC方式我们在前面已经介绍过了，在老年代空间中的GC采取称之为”mark-sweep-compact“的算法。
算法的第一步是标记老年代中依然存活对象。（标记）

第二步，从头开始检查堆内存空间，并且只留下依然幸存的对象。（清理）

最后一步，从头开始，顺序地填满堆内存空间，并且将对内存空间分成两部分：一个保存着对象，另一个空着（压缩）

2.Parallel GC (-XX:+UseParallelGC)

从上图中，你可以轻易地看出serialGC和parallel
GC的区别，serial GC只使用一个线程执行GC，而parallel GC使用多个线程，因此parallel GC更高效。这种GC在内存充足以及多核的情况下会很有用，因此我们也称之为”throughput
GC“
 

3.Parallel Old GC(-XX:+UseParallelOldGC)

ParallelOld GC在JDK5之后出现。与parallel GC相比，唯一的区别在于针对老年代的GC算法。Parallel Old GC分为三步：标记-汇总-压缩（mark –summary – compaction）。汇总（summary）步骤与清理（sweep）的不同之处在于，其将依然幸存的对象分发到GC预先处理好的不同区域，算法相对清理来说略微复杂一点。

4. CMS GC (-XX:+UseConcMarkSweepGC)

就像你从上图看到的那样, CMS GC比我之前解释的各种算法都要复杂很多。第一步初始化标记（initialmark） 比较简单。这一步骤只是查找那些距离类加载器最近的幸存对象。因此，停顿的时间非常短暂。在之后的并行标记（ concurrent mark ）步骤，所有被幸存对象引用的对象会被确认是否已经被追踪和校验。这一步的不同之处在于，在标记的过程中，其他的线程依然在执行。在重新标记（remark）步骤，会再次检查那些在并行标记步骤中增加或者删除的与幸存对象引用的对象。最后，在并行交换（ concurrent
sweep ）步骤，转交垃圾回收过程处理。垃圾回收工作会在其他线程的执行过程中展开。一旦采取了这种GC类型，由GC导致的暂停时间会极其短暂。CMS GC也被称为低延迟GC。它经常被用在那些对于响应时间要求十分苛刻的应用之上。
当然，这种GC类型在拥有stop-the-world时间很短的优点的同时，也有如下缺点：
·         它会比其他GC类型占用更多的内存和CPU
 默认情况下不支持压缩步骤
在使用这个GC类型之前你需要慎重考虑。如果因为内存碎片过多而导致压缩任务不得不执行，那么stop-the-world的时间要比其他任何GC类型都长，你需要考虑压缩任务的发生频率以及执行时间。

1.     G1 GC

 如果你想要理解G1，首先你要忘记你所学过的新生代和老年代的概念。正如你在上图所看到的，每个对象被分配到不同的格子，随后GC执行。当一个区域装满之后，对象被分配到另一个区域，并执行GC。这中间不再有从新生代移动到老年代的三个步骤。这个类型是为了替代CMSGC而被创建的，因为CMS
GC在长时间持续运作时会产生很多问题.
 
G1最大的好处是性能，他比我们在上面讨论过的任何一种GC都要快。