Java分代垃圾回收策略原理詳解

一、為什么要分代

分代的垃圾回收策略，是基于這樣一個(gè)事實(shí)：不同的對(duì)象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對(duì)象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。

在Java程序運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的對(duì)象，其中有些對(duì)象是與業(yè)務(wù)信息相關(guān)，比如Http請(qǐng)求中的Session對(duì)象、線程、Socket連接，這類對(duì)象跟業(yè)務(wù)直接掛鉤，因此生命周期比較長(zhǎng)。但是還有一些對(duì)象，主要是程序運(yùn)行過(guò)程中生成的臨時(shí)變量，這些對(duì)象生命周期會(huì)比較短，比如：String對(duì)象，由于其不變類的特性，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的這些對(duì)象，有些對(duì)象甚至只用一次即可回收。

試想，在不進(jìn)行對(duì)象存活時(shí)間區(qū)分的情況下，每次垃圾回收都是對(duì)整個(gè)堆空間進(jìn)行回收，花費(fèi)時(shí)間相對(duì)會(huì)長(zhǎng)，同時(shí)，因?yàn)槊看位厥斩夹枰闅v所有存活對(duì)象，但實(shí)際上，對(duì)于生命周期長(zhǎng)的對(duì)象而言，這種遍歷是沒(méi)有效果的，因?yàn)榭赡苓M(jìn)行了很多次遍歷，但是他們依舊存在。因此，分代垃圾回收采用分治的思想，進(jìn)行代的劃分，把不同生命周期的對(duì)象放在不同代上，不同代上采用最適合它的垃圾回收方式進(jìn)行回收。

二、如何分代

如圖所示：

虛擬機(jī)中的共劃分為三個(gè)代：年輕代（Young Generation）、年老代（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。其中持久代主要存放的是Java類的類信息，與垃圾收集要收集的Java對(duì)象關(guān)系不大。年輕代和年老代的劃分是對(duì)垃圾收集影響比較大的。

年輕代：

所有新生成的對(duì)象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標(biāo)就是盡可能快速的收集掉那些生命周期短的對(duì)象。年輕代分三個(gè)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè)Survivor區(qū)(一般而言)。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，還存活的對(duì)象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個(gè)中的一個(gè)），當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)滿時(shí)，此區(qū)的存活對(duì)象將被復(fù)制到另外一個(gè)Survivor區(qū)，當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)也滿了的時(shí)候，從第一個(gè)Survivor區(qū)復(fù)制過(guò)來(lái)的并且此時(shí)還存活的對(duì)象，將被復(fù)制“年老區(qū)(Tenured)”。需要注意，Survivor的兩個(gè)區(qū)是對(duì)稱的，沒(méi)先后關(guān)系，所以同一個(gè)區(qū)中可能同時(shí)存在從Eden復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，和從前一個(gè)Survivor復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個(gè)Survivor區(qū)過(guò)來(lái)的對(duì)象。而且，Survivor區(qū)總有一個(gè)是空的。同時(shí)，根據(jù)程序需要，Survivor區(qū)是可以配置為多個(gè)的（多于兩個(gè)），這樣可以增加對(duì)象在年輕代中的存在時(shí)間，減少被放到年老代的可能。

新生代有劃分為Eden、From Survivor和To Survivor三個(gè)部分，他們對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間的大小比例為8:1:1，也就是，為對(duì)象分配內(nèi)存的時(shí)候，首先使用Eden空間，經(jīng)過(guò)GC后，沒(méi)有被回收的會(huì)首先進(jìn)入From Survivor區(qū)域，任何時(shí)候，都會(huì)保持一個(gè)Survivorq區(qū)域（From Survivor或To Survivor）完全空閑，也就是說(shuō)新生代的內(nèi)存利用率最大為90%。From Survivor和To Survivor兩個(gè)區(qū)域會(huì)根據(jù)GC的實(shí)際情況，進(jìn)行互換，將From Survivor區(qū)域中的對(duì)象全部復(fù)制到To Survivor區(qū)域中，或者反過(guò)來(lái)，將To Survivor區(qū)域中的對(duì)象全部復(fù)制到From Survivor區(qū)域中。

年老代：

在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象，就會(huì)被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象。

GC過(guò)程中，當(dāng)某些對(duì)象經(jīng)過(guò)多次GC都沒(méi)有被回收，可能會(huì)進(jìn)入到年老代。或者，當(dāng)新生代沒(méi)有足夠的空間來(lái)為對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)，可能會(huì)直接在年老代進(jìn)行分配。

持久代：

用于存放靜態(tài)文件，如今Java類、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒(méi)有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來(lái)存放這些運(yùn)行過(guò)程中新增的類。持久代大小通過(guò)-XX:MaxPermSize=<N>進(jìn)行設(shè)置。

永久代實(shí)際上對(duì)應(yīng)著虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的“方法區(qū)”，這里主要存放類信息、靜態(tài)變量、常量等數(shù)據(jù)。一般情況下，永久代中對(duì)應(yīng)的對(duì)象的GC效率非常低，因?yàn)檫@里的的大部分對(duì)象在運(yùn)行都不要進(jìn)行GC，它們會(huì)一直被利用，直到JVM退出。

三、什么情況下觸發(fā)垃圾回收

由于對(duì)象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類型：Scavenge GC和Full GC。

Scavenge GC

一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Scavenge GC，對(duì)Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。這種方式的GC是對(duì)年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會(huì)影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱?duì)象都是從Eden區(qū)開(kāi)始的，同時(shí)Eden區(qū)不會(huì)分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會(huì)頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來(lái)。

對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因?yàn)樾枰獙?duì)整個(gè)塊進(jìn)行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對(duì)JVM調(diào)優(yōu)的過(guò)程中，很大一部分工作就是對(duì)于FullGC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：

• · 年老代（Tenured）被寫滿
• · 持久代（Perm）被寫滿
• · System.gc()被顯示調(diào)用
• ·上一次GC之后Heap的各域分配策略動(dòng)態(tài)變化

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