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java_garbage_collection.md

File metadata and controls

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Java 垃圾回收算法

  • 标记 - 清除算法（Mark and Sweep）

  • 复制算法（Copying）

  • 标记 - 整理算法（Compacting）

  • 分代收集算法（Generational Collector）

Java 分代收集 GC 算法

Java 堆分代

  • 年轻代（1/3）
    • Eden 区（8/10）
    • Survivor From 区（1/10）
    • Survivor To 区（1/10）
  • 永久代（2/3）

触发 Full GC 条件

  • 老年代空间不足

  • 永久代空间不足（JDK 7）

  • 分配担保失败（Promotion Failed）

  • 新生代晋升老年代空间不足

  • 调用System.gc()建议 JVM 垃圾回收

Stop the World (STW)

...

Safe Point

JVM 垃圾回收分析过程中对象引用关系不会发生变化的点。

  • 方法调用

  • 循环跳转

  • 异常跳转

  • ...

GC Roots

JVM 虚拟机根据 GC Roots 可达性分析判定一个对象是否被回收。

GC Roots 原理 GC Roots 基本思路就是通过一系列的称为 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（用图论的话来 说，就是从 GC Roots 到这个对象不可达）时，则证明此对象是可回收的。

GC Roots 对象 常说的GC(Garbage Collector) Roots，特指的是垃圾收集器（Garbage Collector）的对象，GC会收集那些不是GC Roots且没有被GC Roots引用的对象。

一个对象可以属于多个root，GC Roots有以下几种：

  • Class - 由系统类加载器（System ClassLoader）加载的对象，这些类是不能够被回收的，他们可以以静态字段的方式保存持有其它对象。我们需要注意的一点就是，通过用户自定义的类加载器加载的类，除非相应的Java.lang.Class实例以其它的某种（或多种）方式成为 roots，否则它们并不是 roots。
  • Thread - 活着的线程
  • Stack Local - Java方法的local变量或参数
  • JNI Local - JNI方法的local变量或参数
  • JNI Global - 全局JNI引用
  • Monitor Used - 用于同步的监控对象
  • Held by JVM - 用于JVM特殊目的由GC保留的对象，但实际上这个与JVM的实现是有关的。可能已知的一些类型是：系统类加载器、一些JVM知道的重要的异常类、一些用于处理异常的预分配对象以及一些自定义的类加载器等。然而，JVM并没有为这些对象提供其它的信息，因此需要去确定哪些是属于"JVM持有"的了。

在 Java 语言中，可以作为 GC Roots 的对象包括以下几种：

  • 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

  • 方法区中常量引用的对象

  • 本地方法栈中 JNI（Native 方法）引用的对象

Java 垃圾收集器

JVM-JavaGarbageCollection-GarbageCollectors

图：Java 垃圾收集器

Serial 垃圾收集器

  • 启动参数：-XX:+UseSerialGC
  • 应用于年轻代
  • 垃圾回收算法：复制算法
  • 单线程收集，收集时暂停所有工作线程
  • 简单高效，Client 模式下默认年轻代垃圾收集器

ParNew 垃圾收集器

  • 启动参数：-XX:+UseParNewGC
  • 应用于年轻代
  • 垃圾回收算法：复制算法
  • Serial 垃圾收集器的多线程版本
  • 多线程垃圾收集（默认线程数与 CPU 核心数相同），多核心处理器下有优势

Parallel Scavenge 垃圾收集器

  • 启动参数：-XX:+UseParallelGC
  • 应用于年轻代
  • 垃圾回收算法：复制算法
  • 比起关注用户线程停顿时间，更关注系统吞吐量
  • Server 模式下默认年轻代垃圾收集器

Serial Old 垃圾收集器

  • 启动参数：-XX:+UseSerialOldGC
  • 应用于老年代
  • 垃圾回收算法：标记 - 整理算法
  • 单线程收集，收集时暂停所有工作线程

Parallel Old 垃圾收集器

  • 启动参数：-XX:+UseParallelOldGC
  • 应用于老年代
  • 垃圾回收算法：标记 - 整理算法
  • 多线程收集，吞吐量优先

CMS 垃圾收集器

  • 启动参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC
  • 应用于老年代
  • 垃圾回收算法：标记 - 清除算法
  • 垃圾收集流程：
    1. 初始标记：暂停 JVM 虚拟机（Stop the World），仅扫描与 GC Root 直接关联的对象
    2. 并发标记：并发追溯标记 1 阶段找到的对象（并发执行，工作进程不停顿）
    3. 并发预清理：查找 2 阶段从年轻代晋升到老年代的对象
    4. 重新标记：暂停 JVM 虚拟机（Stop the World），扫描 CMS 堆中的剩余对象
    5. 并发清理：清理垃圾对象（并发执行，工作进程不停顿）
    6. 并发重置：重置 CMS 收集器数据结构与运行状态

G1 垃圾收集器

  • 启动参数：-XX:+UseG1GC
  • 应用于：年轻代 + 老年代
  • 垃圾回收算法：复制算法 + 标记-整理算法
  • 将整个 Java 堆内存划分为多个大小相等（默认32M）的 Region
  • 年轻代与老年代不再物理隔离，仅保留逻辑隔离
  • 可预测的停顿

Java 引用类型

JDK 1.2 之前，Java 中引用的定义很传统：如果reference类型存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称这块内存代表一个引用。

JDK 1.2 以后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用四种（引用强度逐渐减弱）。

1．强引用（Strong Reference）

  • 最普遍的引用：Object obj = new Object()

  • JVM 虚拟机抛出OutOfMemoryError终止进程也不回收强引用对象

  • 显式将对象引用设为null帮助 JVM GC

2．软引用（Soft Reference）

  • 对象处于有用但非必须的状态

  • 内存空间不足时，回收软引用对象

  • 主要应用于内存敏感的高速缓存

3．弱引用（Weak Reference）

  • 非必须对象

  • GC 时发现即被回收

4．虚引用（Phantom Reference）

  • 不决定对象的生命周期

  • 随时可能被回收

  • 必须和引用队列配合使用

  • 跟踪对象被回收的情况，起标记、哨兵作用