【Java 快速复习】垃圾回收算法 & 垃圾回收器

快速理解 Java 垃圾回收算法 & 垃圾回收器

先说个关系概念，垃圾回收的算法是逻辑概念的定义，用于规范垃圾回收器实现方的一些行为，而垃圾回收器就是实现这些算法的工具，这些工具大概是一系列的 C++ 的类以及其实现的一些对应回收算法。

分代和对象流转

基本上我们常用的垃圾回收算法对于堆空间都会有 分代 这一概念，通常来说分为 年轻代 和 老年代

年轻代又下分 eden 区 和 survive0 和 survive1 区。对于一个新的对象一般来说会先进入年轻代的 eden 区，在对象的对象头 Mark Word 中会记录其分代年龄，最大是 15 （只给了 4 bit 位来存），默认也是 15。

通常我们说 GC 的时候又分为 年轻代的 GC 即 young gc 和 老年代的 GC 即 full gc，一般来说 young gc 耗时远低于 full gc 。我们优化堆空间分配的过程就是要尽量避免 full gc 的过程。

在 young gc 的过程中，会对年轻代区域的对象进行清理回收，存活下来的由 eden 进入 s0 ，或者由 s0 进入 s1 (或者 s1 进入 s0 这个是标记复制的过程)

每次 young gc 存活下来的对象分代年龄就会 +1，当达到 15 时（这个可以配置）。会将其移进老年代，不在参与之后的 young gc

这意味着老年代的对象一般应该是存活时间较长的对象。

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基本的回收算法

标记复制

标记复制，准备两部分区域，这两部分区域实际使用只会用一部分，另一部分作为待复制空间。在垃圾回收过程中，将所有非垃圾对象直接复制到另一区域，本区域清空。 此算法清理速度较快，但空间利用率较低。

标记清理

标记清理算法比较暴力，标记好垃圾对象后直接将垃圾对象删除，这个速度也是很快的，但是会产生较多的内存碎片，进而可能影响后续的空间分配

标记整理

标记整理算法相对于标记清理算法多了一步整理，这不整理会将清理后碎片化的空间整理为连续空间，当然付出的代价是整理的耗时。

初级垃圾回收器 Serial & Parallel

Serial -XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC

Serial 收集器是最基础的垃圾收集器，其收集过程为单线程收集，适用于单核 CPU ，或者垃圾回收异常情况的备选方案，逻辑简单高效。

该收集器在垃圾回收过程中会全程 STW （Stop The Word 仅垃圾回收线程工作，其他线程暂停，即用户服务不可用）

年轻代使用算法：标记复制

老年代使用算法：标记整理

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

Parallel 相当于是 Serial 的多线程版，多线程收集效率更高 STW 时间更短，适用于多核 CPU， 4G 左右内存回收都是 OK 的。

年轻代使用算法：标记复制

老年代使用算法：标记整理

进阶常用垃圾收集器 ParNew + CMS & G1

ParNew -XX:+UseParNewGC

这个玩意，和 Parallel 是一样的，它的诞生是为了兼容配合 CMS 进行垃圾收集，CMS 是老年代的垃圾收集器，它只负责老年代的垃圾收集。

CMS

重头戏，CMS 是 Concurrent Mark Sweep 并发标记清除 ，CMS 进行垃圾回收分以下步骤

1. 初始标记 STW：时间短，标记快，仅标记 gc roots 根对象
2. 并发标记：二阶段标记，开始遍历 gc roots 引用的对象并进行标记，耗时较长但不会 STW 可以和用户线程同时运行
3. 重新标记 STW：三阶段标记，收拾二阶段并发标记的残局，修正一些用户线程导致的对象引用变化
4. 并发清理：清理，新增的垃圾不会处理，所以可能有浮动垃圾，但我觉得吧可以接受
5. 并发重置：重置此次 GC 的标记数据

CMS 对于 8G 以内的内存处理表现良好，高于 8G 推荐使用 G1

大家应该看出来了，垃圾收集器的迭代在于想优化 STW 的时间，使其尽量短或者可控

G1 我公司线上服务就配置的这个

Garbage First 这个适用于大内存的垃圾收集 32G 以内效果比较好 （PS 不建议内存分配超过 32G 内存，否则默认的指针压缩将会失效）

并且 G1 在区域划分上进行了改变，它将整个堆空间划分为多个 Region 区域默认是堆大小除以 2048，而分代的区域不再是固定的区域，而是随着垃圾收集动态调整。并增加了大对象区的概念，如果一个对象被认定为大对象（超出 Region 区的 50%）则直接放到大对象区 Humongous 此区域会在 full gc 时回收

G1 垃圾回收对于 CMS 的优点就是可控的 STW 时间，并且因为没有物理隔离年轻代、老年代、存活区，G1 的所有垃圾回收方式都可以使用标记复制进行，速度极快

G1 垃圾回收分为以下过程：

1. 初始标记 STW：速度极快
2. 并发标记
3. 重新标记 STW
4. 筛选回收 STW：这个阶段 G1 将根据用户期望的 STW 时间进行选择性的回收，在用户期望 STW 停顿时间内回收最具性价比的垃圾。

G1 的垃圾收集分三类

young gc ： eden 区满切预计回收时间接近 -XX:MaxGCPauseMills 配置的暂停时间则进行新生代回收，否则尝试扩容 eden 区

mixed gc ： 混合 gc 在收集区域上类似 CMS 的 full gc ，会回收 young 和 old 以及 humongous

full gc： 这个更像是最终解决方案，当 mixed gc 都无法正常释放空间时，将进入并发失败进行单线程的 full gc 全程 STW

之前些了篇详解感兴趣可以看看，这里不在赘述 JVM 垃圾收集器 G1 详解