JVM 垃圾回收算法详解

1 垃圾回收算法

有四种垃圾回收算法：

• 标记清除算法
• 复制算法
• 标记整理算法
• 分代回收算法

1.1 标记清除算法

• 标记：遍历内存区域，对需要回收的对象打上标记。
• 清除：再次遍历内存，对已经标记过的内存进行回收。

注：蓝色的为存活对象

缺点：

• 效率问题；遍历了两次内存空间（第一次标记，第二次清除）。
• 空间问题：容易产生大量内存碎片，当再需要一块比较大的内存时，无法找到一块满足要求的，因而不得不再次出发GC。

1.2 复制算法

将内存划分为等大的两块，每次只使用其中的一块。当一块用完了，或经过一定时间，触发GC时，将该块中存活的对象复制到另一块区域，然后一次性清理掉这块没有用的内存。下次触发GC时将那块中存活的的又复制到这块，然后抹掉那块，循环往复。

优点：

• 相对于标记–清理算法解决了内存的碎片化问题。
• 效率更高（清理内存时，记住首尾地址，一次性抹掉）。

缺点：

内存利用率不高，每次只能使用一半内存，浪费空间。

1.3 标记整理算法

因为前面的复制算法当对象的存活率比较高时，这样一直复制过来，复制过去，没啥意义，且浪费时间。所以针对老年代提出了“标记整理”算法。

• 标记：对需要回收的进行标记
• 整理：让存活的对象，向内存的一端移动，然后直接清理掉没有用的内存。

如下图可以看到整理后对象都集中在一起，腾出连续的空间。

优点：不会产生碎片

缺点：每次标记再前移效率偏低

1.4 分代回收算法

分代回收算法本质是上述各算法的结合优化，当前大多商用虚拟机都采用这种分代回收算法。其实大多数对象生命周期非常短，所以在发生GC时，需要回收的对象特别多，存活的特别少，因此需要搬移到另一块内存的对象非常少，所以不需要1：1划分内存空间。而是将整个空间划分为新生代（1/3）和老年代（2/3）。新生代按照8 ： 1 ： 1的比例划分为三块，最大的称为Eden（伊甸园）区，较小的两块分别称为To Survivor和From Survivor（幸存者区或存活区）。

首次GC时，只需要将Eden存活的对象复制到To Survivor。然后将Eden区整体回收。再次GC时，将Eden和To存活的复制到Form Survivor，循环往复这个过程。这样每次新生代中可用的内存就占整个新生代的90%，大大提高了内存利用率。

但不能保证每次存活的对象就永远少于新生代整体的10%，有可能复制过去存不下，所以会有老年代作最后担保，若还不够就会抛出OOM。

堆空间的结构及详细回收流程如下：

• 堆空间被分成了新⽣代（1/3）和⽼年代（2/3），新⽣代中被分成了eden（8/10）、survivor1(1/10)、survivor2(1/10)

• 对象的创建在eden，如果放不下则触发minor gc。（minor gc时，会触发 stop the world， 暂停其他用户线程，只让垃圾回收线程工作）。

• 对象经过⼀次minorGC 后存活的对象会被放⼊到survivor区，并且年龄+1。如果在次执行minorGC，会统一挪到另一个survivor区。如果复制时存不下，则进入老年代。

• 当survivor区中对象年龄到达15，进⼊到⽼年代。

• 如果⽼年代内存都满了。会先尝试触发minor gc，再触发Full GC。Full GC执行过程中，STW的时间更长(因为老年代的存活数量比较多)。

• 如果老年代满了且没有可回收的垃圾，会报OutOfmemory。

某个线程的内存溢出了而抛异常（out of memory），不会让其他的线程结束运行

这是因为当一个线程抛出OOM异常后，它所占据的内存资源会全部被释放掉，从而不会影响其他线程的运行，进程依然正常

可以打开jdk自带的监视器查看内存分配情况：cmd窗口执行jvisualvm

流程图如下：

注：不是只有幸存区对象年龄超过15才进入老年代，还存在很多其他复杂情况。

1.4.1 对象进入老年代的条件

• 当遇到一个较大的对象时，就算新生代的伊甸园为空，也无法容纳该对象时，直接进入老年代：⼤对象可以通过参数设置大小，多⼤的对象被认为是⼤对象。-XX:PretenureSizeThreshold

• 当对象的年龄到达15岁时将进⼊到⽼年代，这个年龄可以通过这个参数设置：-XX:MaxTenuringThreshold

• 根据对象动态年龄判断，如果s区中的对象总和超过了s区中的50%，那么下⼀次做复制的时候，把年龄⼤于等于这次最⼤年龄的对象都⼀次性全部放⼊到⽼年代。

• ⽼年代空间分配担保机制 ：在minor gc时，检查⽼年代剩余可⽤空间是否⼤于新生代⾥现有的所有对象（包含垃圾）。如果⼤于等于，则做minor gc。如果⼩于，看下是否配置了担保参数的配置：-XX: -HandlePromotionFailure ，如果配置了担保，那么判断⽼年代剩余的空间是否⼩于历史每次minor gc 后进⼊⽼年代的对象的平均⼤⼩。如果是，则直接full gc，减少⼀次minor gc。如果不是，执⾏minor gc。如果没有担保机制，直接full gc。

  解释：说白了就是要判断下老年代的剩余空间，是否还能承受的住下一次新生代的对象存入老年代。