白話說java gc垃圾回收
gc是java區(qū)別于其他好幾門語言（c/c++）的一個代表功能（當(dāng)然也有很多可以自動管理內(nèi)存的語言，如所有的腳本語言，你根本不知道內(nèi)存管理這回事）！
當(dāng)然，之所以要把c/c++和java相比，是因?yàn)閖ava出現(xiàn)的初衷即是對標(biāo)c++的缺點(diǎn)的。不管怎么樣，gc讓程序員gg們不用痛苦地管理內(nèi)存，這是好事！
回歸正題，gc是什么？網(wǎng)上有大片的講解，但大多顯得高深莫測，云里霧里，我想換個角度來講講這事。
小白：Garbage Collect 垃圾回收（內(nèi)存），是一種自動管理內(nèi)存的一種機(jī)制！
下面，我們分幾個問題來討論gc的實(shí)現(xiàn)及原理！
一條主線（如果是你會怎么做？）
1. 什么內(nèi)存可以回收？（回收對象判定）
2. 什么時候回收？（回收時機(jī)）
3. 怎么回收？（回收算法）
基本上，我們主要來回答完這幾個問題，gc的事情基本就定了！
我們也可以先用簡單的三句話來回答上面的問題：
1. 沒有用的內(nèi)存就可以回收了；
2. 在保證回收準(zhǔn)確的前提下，隨時可以回收；
3. 用高效算法進(jìn)行回收，保證最小影響業(yè)務(wù)代碼運(yùn)行；
所以，其實(shí)大體思路還是簡單的，但是具體做下來就不那么簡單了。gc功能經(jīng)過幾十年的發(fā)展依然還在完善中，就是最好的證明！
下面我們來細(xì)細(xì)解答這幾個思路！
各表一支（慢慢道來）
1. 什么樣的內(nèi)存可以回收？什么樣的內(nèi)存是沒有用的？可以回收的內(nèi)存，一般來說肯定是沒用的內(nèi)存（有用內(nèi)存將其刪除是高危動作）！
所以，判定什么樣的內(nèi)存是無用內(nèi)存，就是問題的關(guān)鍵！
通常的簡單的，使用引用計(jì)數(shù)器法推斷：給對象添加引用計(jì)數(shù)器，當(dāng)一個地方引用時，將計(jì)數(shù)加1，當(dāng)引用失效時，將計(jì)數(shù)器減1;計(jì)數(shù)器為0，則表示對象不會再被使用了，即是無用內(nèi)存。
如上便是大名鼎鼎的引用計(jì)數(shù)算法。這樣單獨(dú)說它，其實(shí)是沒有問題的，因?yàn)榫褪怯械恼Z言就是這么干的，如AS3.0, python等等！
但是，java卻是沒有采用這種判斷方法，判定對象是否無用的。因?yàn)檫@種算法對java而言，存在一個循環(huán)引用問題，解決不了。
java中是使用可達(dá)性分析算法來判定一個對象是否有用的。
可達(dá)性算法原理為：從 gc roots 作為起始點(diǎn)，所有走過的路徑為引用鏈，當(dāng)一個對象到gc roots不可達(dá)時，則證明對象不可達(dá)，即對象無引用，可回收。所以，我們只要找出家些不可達(dá)gc roots的對象，將其回收即可。
所以，可達(dá)性分析剩下兩個關(guān)鍵問題：
1. gc roots 在哪里？
2. 分析的起點(diǎn)是 gc roots嗎？還是其他對象？
3. 需要掃描所有路徑嗎？數(shù)量怎么樣？效率怎么樣？
java中規(guī)定以下幾種對象可作為gc roots：
1. 虛擬機(jī)棧中引用的對象（棧幀中的本地變量表中引用的對象）；
2. 方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對象；
3. 方法區(qū)中常量引用的對象；
4. 本地方法棧中jni引用的對象；
即以以上幾種gc roots作為根開始掃描，沒有引用的對象可以清除；
為全路徑掃描，找不到對象為需要刪除的對象；（請查看c++源碼掃描解釋）
2. 什么時候回收？任何安全準(zhǔn)確的時間點(diǎn)進(jìn)行回收？
在確定了哪些對象可以清除后，找個時間點(diǎn)就可以清除了。其實(shí)，在可達(dá)性分析后不可達(dá)的對象，也可以繼續(xù)存在：
1. 對象可以finalize()方法中拯救自己一次！（逃逸）
2. 當(dāng)然，gc不是實(shí)時運(yùn)行的，它的觸發(fā)時機(jī)為：當(dāng)新生代空間不夠?qū)⒂|發(fā)一次minor gc，此時幸存下來的對象的年齡則加1；Eden區(qū)minor gc后，進(jìn)入young s1(From)區(qū)，再次minor gc還存活的對象年齡加1且被轉(zhuǎn)移到y(tǒng)oung s2(To)區(qū)，年齡超出一般15歲以后，就進(jìn)入老年代了；當(dāng)老年代空間也不夠放對象時，將觸發(fā)一次full gc，一般fg都伴隨著一次minor gc。
3. 執(zhí)行內(nèi)存清理時，需要暫停所有線程，否則會存在一致性問題。暫停所有的線程方式有兩種: 1. 搶占式中斷，2. 主動式中斷；對于睡眠線程，則將其設(shè)置為安全區(qū)域。在此安全占或安全區(qū)域（safepoint）內(nèi)才可以進(jìn)行回收！
3. 怎樣回收？
怎樣高效回收內(nèi)存！都有些什么算法？
1. 標(biāo)記-清除算法；白話說就是遍歷所有的GC Roots，然后將所有GC Roots可達(dá)的對象標(biāo)記為存活的對象。然后再將堆中所有沒被標(biāo)記的對象全部清除掉，然后再讓程序恢復(fù)運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是簡單；缺點(diǎn)：1. 兩個算法效率都不高；2. 回收后會產(chǎn)生內(nèi)存碎片；
2. 改進(jìn)1，標(biāo)記-復(fù)制算法；實(shí)現(xiàn)方法方式為：將內(nèi)存分為兩塊，將其中一塊用于存儲，當(dāng)其中一塊好的復(fù)制到另一塊上后，直接清除原來的內(nèi)存；優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)行高效；缺點(diǎn)是需要使用一半的內(nèi)存來做備用，浪費(fèi)空間了。這里還涉及到擔(dān)保問題。
3. 改進(jìn)2，標(biāo)記-整理算法；其實(shí)現(xiàn)方式為：找出可清除的區(qū)塊，讓其沿頭移動，從而得到歸整的內(nèi)存區(qū)域；優(yōu)點(diǎn)是：不需要額外的空間即可完成gc；缺點(diǎn)則不一定，主要看這個移動算法是否高效了；
4. 分代收集算法；這里是組合多個基礎(chǔ)算法的優(yōu)點(diǎn)而來的算法，也是當(dāng)下的調(diào)用虛擬機(jī)的算法。比如年輕代使用復(fù)制算法，老年代使用標(biāo)記整理算法，物盡其用！
把三個問題解答完后，我們把gc外圍的東西搞定了，現(xiàn)在讓我們看看具體的收集器吧。
畢竟，原理只是原理，只有具體的收集器對我們才更實(shí)用呢！
4. 都有些什么垃圾收集器呢？
Serial 是歷史悠久的串行收集器；
Serial old 是serial的老年代收集器，采用標(biāo)記整理算法收集；
ParNew 是serial的多線程版本收集器；
Parallel Scavenge 是專注于吞吐量的并行收集器；
Parallel old 是Parallel Scavenge的老年代版本，使用多線程和標(biāo)記整理算法進(jìn)行收集；
CMS Concurrent Mark Sweep, 是一款以獲取最短停頓時間為目標(biāo)的收集器；
G1 Garbage First, 是一款最新的性能最好的垃圾收集器；
如上面幾種垃圾收集器，一般都是以組合的形式進(jìn)行工作的，而不是單個收集器做完所有事情。（當(dāng)然越往后就越融合為一個收集器做完了）總之，其目標(biāo)都是一致的，即以不同的方式收集不同類型的內(nèi)存， 從而達(dá)到最佳收集效果！
其中，serial, serial old, parnew, ps, ps old 基本上就如同前面的一句話描述，雖然其實(shí)現(xiàn)可能很復(fù)雜，但是呈現(xiàn)出來的還是比較簡單的。
我們主要看下 CMS 和 G1 兩個收集器！
CMS, 是第一款真正的并發(fā)收集器。
G1, 籌備了10年才推出第一個正式版本，可見其難度一斑！
CMS收集器是一款追求獲得盡量短的停頓時間為目標(biāo)的收集器，它是基于標(biāo)記清除算法操作的；
它的運(yùn)作主要分為4個步驟：
1. 初始標(biāo)記；（標(biāo)記gc roots能直接關(guān)聯(lián)到的對象）
2. 并發(fā)標(biāo)記；（對gc roots進(jìn)行tracing，耗時長）
3. 重新標(biāo)記；（修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序運(yùn)作而改變的對象的標(biāo)記）
4. 并發(fā)清除；（清除標(biāo)記好的對象空間，耗時長）
這些步驟對于前面幾種收集器來說，往往就兩個步驟，它是復(fù)雜化了的。
它的整體動作過程圖示如下：
可以看出，初始標(biāo)記過程是單線程的，而后續(xù)幾個動作都是多線程的。其中并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除是和都是可以和用戶線程一起工作的，而且這兩個過程又是比較耗時的，因此雖然gc一直在工作，但是并沒有導(dǎo)致用戶長時間的停頓。
有個疑問：并發(fā)標(biāo)記的tracing是什么意思？其實(shí)這是個可達(dá)性分析的過程，第一步的初始標(biāo)記僅標(biāo)記路徑，卻仍不知道哪些內(nèi)存是可回收的，所以需要在并發(fā)標(biāo)記過程中，推算出哪些空間是可回收的！（所以，并發(fā)標(biāo)記往往會涉及大量運(yùn)算？）
cms雖然看起來很好，但是它也有它的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：
1. 因?yàn)槭桥c用戶線程并發(fā)，雖不會導(dǎo)致用戶線程停頓，但是會搶占cpu資源。所以在cpu資源緊缺的場景則肯定不適合cms了；
2. cms收集器無法處理浮動垃圾，可能會因此導(dǎo)致另一次full gc。因?yàn)閏ms在清理期間用戶線程一直在產(chǎn)生垃圾，所以肯定會留下些cms沒有收集到的內(nèi)存，這必須等到下一次gc時才可能回收；而且，由于cms是與用戶線程一起工作的，所以，在做清理的同時必須要預(yù)留下空間給用戶線程使用，所以會收集得更頻繁些，比如超過68%的占用時就觸發(fā)gc；如果在收集期間用戶線程的內(nèi)存不夠用了，就會出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”，虛擬機(jī)會啟用后備預(yù)案來進(jìn)行g(shù)c以獲得足夠空間（serial old），從而導(dǎo)致停頓時間很長問題出現(xiàn)；
3. 并發(fā)清除算法會導(dǎo)致內(nèi)存碎片產(chǎn)生，這在遇到大對象分配時，將無法滿足從而會提前觸發(fā)（可能總體空間還很充足）full gc；當(dāng)然cms有個開關(guān)來解決這問題，-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection, 它會在要進(jìn)行full gc時開戶碎片整理過程，當(dāng)然它的代價(jià)是導(dǎo)致停頓時間變長；
綜上，我們可以看出cms是個好的收集器，但是它也有自己的短板，如果不顧使用場合地隨便應(yīng)用cms，則可能帶來相反的效果；
最后，我們再來看看G1收集器；
G1收集器是個最新的收集器，其研發(fā)n的周期也預(yù)示了它的難度；粗略地說它是從jdk1.7（7u4）開始面向用戶的。
它有如下優(yōu)勢：
1. 并行與并發(fā)；與用戶線程共存；
2. 分代收集；
3. 空間整合；使用 標(biāo)記整理算法和復(fù)制算法，避免了空間碎片問題；
4. 可預(yù)測的停頓；用戶可以指定時間，g1會使停頓時間小于設(shè)定值；
G1的堆內(nèi)存總局與其他收集器不同，它是將整個堆分為n個大小相等的region的布局！在回收垃圾時，g1會跟蹤各個region里的價(jià)值大小，在后臺維護(hù)一個優(yōu)先級列表，每次根據(jù)允許的收集時間，優(yōu)先回收價(jià)值最大的region。
g1運(yùn)作大致分為以下幾個步驟：
1. 初始標(biāo)記；（僅標(biāo)記gc roots能關(guān)聯(lián)到的對象）
2. 并發(fā)標(biāo)記；（可達(dá)性分析）
3. 最終標(biāo)記；（修正并發(fā)標(biāo)記期間的變化，變化被記錄在log中）
4. 篩選回收；（將region回收價(jià)值排序，根據(jù)用戶期望進(jìn)行選擇回收計(jì)劃）
g1的內(nèi)存分區(qū)示意圖如下：（n個region）
其運(yùn)行過程與cms大致相似：
G1收集器在jdk1.7中正式亮像，在jdk1.8中做了很多的完善，相信會是越來越多同學(xué)的選擇的！
本文只是為了講講gc的思路，并非從入門到精通！
除了知道收集器名字和原則，還應(yīng)該要知道怎樣控制它。如果你想調(diào)優(yōu)gc配置，請另查資料！
參考：《深入理解java虛擬機(jī)》
騰訊、阿里、滴滴后臺面試題匯總總結(jié) — （含答案）
面試：史上最全多線程面試題 ！
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作者：等你歸去來
出處：https://www.cnblogs.com/yougewe/p/10362861.html