3. 垃圾收集器与内存分配策略

3.2 对象已死？

对象是否存活的判断方法

方法	描述	备注
引用计数算法	给对象中添加引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加1；引用失效时，计数器减1；任何时刻计时器为0的对象是不可能再被使用的。	Java中没有采用此方法管理内存，因为它很难解决对象间相互循环引用的问题
根搜索算法	GC Roots Tracing，通过一系列名为"GC Roots"的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，证明这个对象是不可用的	Java、C#、Lisp都使用此算法

可作为GC Roots的对象

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
• 方法区中类静态属性引用的对象
• 方法区中的常量引用的对象
• 本地方法栈中JNI（即Native方法）引用的对象

引用类型

名称	描述
强引用（Strong Reference）	类似“Object obj = new Object()”，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会收集掉被引用的对象。
软引用（Soft Reference）	在系统将要发生内存溢出之前，将这些对象列入回收范围进行二次回收，如果回收后还是没有足够内存，则抛出内存溢出异常。SoftReference类来实现软引用。
弱引用（Weak Reference）	弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾回收。WeakReference来实现弱引用。
虚引用（Phantom Reference）	一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间造成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为对象设置虚引用关联的目的是当此对象被收集器回收时收到一个系统通知。PhantomReference来实现虚引用。

回收方法区

方法区即HotSpot中的永久代，回收方法区主要回收两部分：废弃常量和无用的类

判断类是否无用

• 该类的所有实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的实例
• 加载改类的ClassLoader已经被回收
• 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法

虚拟机参数

参数	描述
-Xnoclassgc	是否对类进行回收
-verbose:class	输出类加载信息
-XX:+TraceClassLoading	输出类加载信息
-XX:+TraceClassUnLoading	输出类卸载信息

3.3 垃圾收集算法

1. 标记-清除（Mark-Sweep）算法

• 最基础的收集算法
• 分为标记和清除两个阶段
  • 首先标记出所有需要回收的对象
  • 标记完成后统一回收掉所有被标记的对象
• 后续收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进
• 缺点主要有两个
  • 效率问题：标记和清除过程的效率都不高
  • 空间问题：标记清除后会产生大量的不连续内存碎片

2. 复制算法

• 将可用内存划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次性清理掉
• 优点：解决了效率问题
• 缺点：将内存缩小为原来的一半
• 现代商业虚拟机都采用这种方法来回收新生代
• IBM研究表明：新生代中98%是朝生夕死的
• 在对象存活率较高时要执行较多的复制操作，效率将会降低

新生代回收

• 将内存划分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survier空间，每次使用Eden和其中一块Survier。当回收时，将Eden和Survier中存活的对象一次性拷贝到另一块Survier空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survier。
• HotSpot虚拟机默认Eden和Survier的比例为8:1

3. 标记-整理（Mark-Compact）算法

• 老年代使用此算法
• 对可回收对象进行标记；将存活对象向内存区一端移动，直接清除掉端边界以外的内存

4. 分代收集（Generational Collection）算法

• 当前商业虚拟机的垃圾收集都采用此方法
• Java堆分为新生代和老年代
  • 新生代采用复制算法
  • 老年代采用“标记-清理”或者“标记-整理”算法

3.4 垃圾收集器

1. Serial收集器

• 最基本、历史最悠久的收集器
• 单线程收集器
• 进行垃圾收集时，暂停所有其他工作线程（Stop The World）

2. ParNew收集器

• Serial收集器的多线程版本
• 是许多运行在Server模式下虚拟机中首选的新生代收集器
• 除了Serial收集器外，目前只有它能与CMS收集器一起使用
• 使用-XX:+UseConcMarkSweepGC指定老年代使用CMS收集器时，新生代默认使用ParNew收集器
• 新生代可以使用-XX:+UseParNew来强制指定它
• 可以使用-XX:ParallelGCThreads来限制垃圾收集线程数

3. Parallel Scavenge收集器

• 新生代收集器
• 使用复制算法
• 并行的多线程收集器
• 目的是达到可控制的吞吐量
• 主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务
• 设置最大垃圾收集停顿时间：-XX:MaxGCPauseMillis
• 直接设置吞吐量大小：-XX:GCTimeRatio (收集时间占总时间的比率，也就是吞吐量的倒数)

4. Serial Old收集器

• Serial收集器老年代版本
• 单线程收集器
• 使用“标记-整理”算法

5. Parallel Old收集器

• Parallel Scavenge老年代版本
• 多线程收集器
• 使用“标记-整理”算法

6. CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器

• 是一种以获取最短回收停顿时间为目的的收集器
• 使用“标记-清除”算法
• 包含四个步骤：
  • 初始标记（CMS initial mark）
  • 并发标记（CMS concurrent mark）
  • 重新标记（CMS remark）
  • 并发清除（CMS concurrent sweep）
• 初始标记、重新标记仍然会“Stop The World”

过程	功能
初始标记	只标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快
并发标记	进行Gc Roots Tracing
重新标记	修正并发标记期间，因用户程序继续运作导致标记发生变动那一部分对象的标记记录
并发清除	进行并发清除

7. G1（Garbage First）收集器

• 当前收集技术发展的最前沿成功

3.5 内存分配与回收策略

Eden分配

• -Xmn10m 指定新生代大小

大对象直接进入老年代

• -XX:PretenureSizeThreshold 另大于这个设置值得对象直接进入老年代

长期存活的对象将进入老年代

• 虚拟机给每个对象设置了一个对象年龄计数器
• 对象在Eden区中出生并且经过Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor中，并且将对象年龄设置为1
• 对象在Survivor中每熬过一次Minor GC，年龄就增加1
• 当年龄达到一定程度（默认15岁）时，就会被晋升到老年代中
• 通过-XX:MaxTenuringThreshold=15来设置晋升老年代的年龄阈值

空间分配担保

• 在发生Minor GC时，虚拟机会检测之前每次晋升到老年代的平均大小是否大于老年代的剩余空间，如果大于，则改为直接进行一次Full GC。如果小于，则查看HandlePromotionFailure设置是否允许担保失败，如果允许，则只会进行Minor GC；如果不允许，则改为进行一次Full GC。
• 如果大量对象在Minor GC后仍然存活，就需要老年代进行分配担保，让Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。