什么是Java垃圾回收器

本篇內(nèi)容主要講解“什么是Java垃圾回收器”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學(xué)習(xí)“什么是Java垃圾回收器”吧!

目錄

• 1 垃圾回收算法

• 1-1 標記清除算法

• 算法思想

• 1-2 標記整理算法

• 1-3 復(fù)制算法

• 2 JVM分代回收算法

• 2-1 概述

• 2-2 分代垃圾回收示例

• 2-3 分代垃圾回收的總結(jié)

• 對象首先分配在伊甸園區(qū)域

• 2-5 垃圾回收案例分析

• 2 垃圾回收器

• 2-1 垃圾回收器概述

• 2-2 串行垃圾回收器

• 2-3 吞吐量優(yōu)先的垃圾回收器

• 2-4 響應(yīng)時間優(yōu)先的垃圾回收器（CMS垃圾回收器）

• 總結(jié)：

第一階段：串行垃圾回收器：jdk1.3.1之前Java虛擬機僅僅只支持Serial收集器

第二階段：并行垃圾回收器：隨著多核的出現(xiàn)，Java引入了并行垃圾回收器，充分利用多核性能提升垃圾回收效率

第三階段：并發(fā)標記清理回收器CMS：垃圾回收器可以和應(yīng)用程序同時運行，降低暫停用戶線程執(zhí)行的時間

第四階段：G1（并發(fā)）回收器：初衷是在清理非常大的堆空間的時候能滿足特定的暫停應(yīng)用程序的時間，與CMS相比會有更少的內(nèi)存碎片

1 垃圾回收算法

1-1 標記清除算法

算法概述

優(yōu)點：回收速度快

缺點：造成內(nèi)存碎片，無法分配大的連續(xù)空間。

算法思想

在Java9之前，Java默認使用的垃圾回收器是ParallelGC，從Java9開始G1作為了默認的垃圾回收器

• step1: 第一次掃描，通過GC root對象判斷堆內(nèi)存中哪些對象可以進行垃圾回收，進行標記。

• step2: 第二次掃描， 將那些標記的GC root對象進行垃圾回收，只需要將起始內(nèi)存地址與終止內(nèi)存地址放入空閑內(nèi)存區(qū)就行。

1-2 標記整理算法

第一個依舊是標記，第二步會進行一個空間整理，從而不產(chǎn)生碎片。

優(yōu)點：避免了內(nèi)存碎片

缺點：對空間的整理使得效率比較低下。

1-3 復(fù)制算法

特點：

將管理的內(nèi)存分為2塊區(qū)域，from區(qū)域與to區(qū)域，將那些不需要回收的對象從from區(qū)域拷貝到to區(qū)域。復(fù)制的過程中完成內(nèi)存區(qū)域的整理。之后交換from和to的指向。

優(yōu)點：不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片

缺點：需要雙倍的內(nèi)存空間，內(nèi)存利用率不高，而且拷貝也需要時間。

1-4 三種垃圾回收算法總結(jié)

注意：實際的JVM垃圾回收算法中上面的三種算法是綜合使用的。

2 JVM分代回收算法

2-1 概述

Garden of Eden：伊甸園 garbage:垃圾

新生代主要由三部分內(nèi)容組成，分別是Eden區(qū)，幸存區(qū)from,幸存區(qū)to。 通常情況下只有Eden區(qū)與幸存區(qū)from會存放數(shù)目，幸存區(qū)to只有垃圾回收時，復(fù)制對象會用到。堆內(nèi)存的新生代進行一次垃圾回收（Minor GC），大部分對象都會都會被回收。

老年代通常存放一些經(jīng)常被使用的對象，一個對象如果經(jīng)歷多次垃圾回收仍然幸存，那么該對象會從新生代放入老年代。只有新生代內(nèi)存不足并且老年代內(nèi)存也不足的時候才會觸發(fā)full GC對老年代的對象進行垃圾回收。

為什么需要進行劃分？

實際環(huán)境中，對象的生命周期是不同的，老年代的對象生命周期比較長，可能很長時間才進行一次垃圾回收。新生代的對象生命周期比較短，垃圾回收比較頻繁。這種分區(qū)法方便采用不同的垃圾回收算法更加有效的進行垃圾回收。

2-2 分代垃圾回收示例

step1:程序剛剛開始運行，產(chǎn)生的對象先放入Eden區(qū)，當(dāng)Eden區(qū)放不下的時候。

step2:對Eden區(qū)進行Minor GC,并將沒有被垃圾回收的對象復(fù)制的幸存區(qū)To，然后交換幸存區(qū)To和幸存區(qū)From,第一次垃圾回收的最終的效果如下圖所示：

step3: 第一次Minor GC, Eden區(qū)又有空間可以分配給新的對象使用，經(jīng)過一段時間Eden又不夠用了，觸發(fā)第二次Minor GC, 這次垃圾會檢查Eden區(qū)以及幸存區(qū)From哪些對象可以存活，并將這些對象復(fù)制到幸存區(qū)To,然后交換幸存區(qū)To和幸存區(qū)From，這個時候Eden區(qū)又空了出來，可以放置新的對象。

實際垃圾回收過程中，JVM會對每個對象經(jīng)過垃圾回收幸存下來的次數(shù)進行記錄，比如上圖中，幸存區(qū)的2個對象經(jīng)過垃圾回收的次數(shù)分別是1和2。

step4: 當(dāng)一些對象經(jīng)過垃圾回收的次數(shù)仍然幸存的次數(shù)達到一個閾值（說明這個對象價值比較高），那么這個對象會被移動到老年代。

極端情況考慮：Eden區(qū)，from區(qū)，老年區(qū)都已經(jīng)滿了？

此時會觸發(fā)Full GC(優(yōu)先Minor GC,Minor GC依舊內(nèi)存不夠)

2-3 分代垃圾回收的總結(jié)

對象首先分配在伊甸園區(qū)域

新生代空間不足時，觸發(fā) minor gc，伊甸園和 from 存活的對象使用 copy復(fù)制到 to 中，存活的對象年齡加 1并且交換from to

minor gc 會引發(fā)stop the world，暫停其它用戶的線程，等垃圾回收結(jié)束，用戶線程才恢復(fù)運行暫停時間較短，由于新生代大部分對象都是垃圾，復(fù)制的對象很少，所以效率較高

當(dāng)對象壽命超過閾值時，會晉升至老年代，最大壽命是15（4bit，對象頭存儲）

當(dāng)老年代空間不足，會先嘗試觸發(fā) minor gc，如果之后空間仍不足，那么觸發(fā)full gc，STW的時間更長

Full GC 的stop the world的時間要比MInor GC時間長，老年代存活對象較多加上空間整理時間，所以停止時間會較長。如果Full GC后，空間仍然不足會觸發(fā)內(nèi)存不足的異常。

2-4 垃圾回收相關(guān)的虛擬機參數(shù)

垃圾回收器概述

2-5 垃圾回收案例分析

情況1：什么都不放的情況

new generation：新生代 tenured generation：老年代

package cn.itcast.jvm.t2;
import java.util.ArrayList;
/**
 *  演示內(nèi)存的分配策略
 */
public class Demo2_1 {
    private static final int _512KB = 512 * 1024;
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    private static final int _6MB = 6 * 1024 * 1024;
    private static final int _7MB = 7 * 1024 * 1024;
    private static final int _8MB = 8 * 1024 * 1024;
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    // -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M : 堆初始與最大大小都是20M，新生代的大小為10M.
    // -XX:+UseSerialGC ： 為了學(xué)習(xí)方便，采用這個垃圾回收器，默認的垃圾回收器并不是這個。
    // -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc ：打印詳細信息
    // -XX:-ScavengeBeforeFullGC ：在Full GC 前進行 Minor GC.
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
            list.add(new byte[_8MB]);
            list.add(new byte[_8MB]);
        }).start();
        System.out.println("sleep....");
        Thread.sleep(1000L);
    }
}

情況1執(zhí)行結(jié)果

可以看到即使用戶沒有創(chuàng)建對象，系統(tǒng)對象也要占據(jù)一部分堆內(nèi)存空間。

Heap
 def new generation   total 9216K, used 2341K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
// 新生代的空間總的大小為9216K,這里沒有把To空間給計算進去，系統(tǒng)任務(wù)To的空間是分配是不可用的，所以不是10M,已經(jīng)使用了2341K，[]內(nèi)部則是內(nèi)存地址范圍。                              
  eden space 8192K,  28% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fee49420, 0x00000000ff400000)
//                                                          
  from space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
 tenured generation   total 10240K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
// 老年代大小為10M，可以看到?jīng)]有任何空間使用                                             
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   the space 10240K,   0% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600200, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 3394K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 378K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Java的內(nèi)存對象都是分配在堆上嗎

情況2：新生代堆空間放滿，觸發(fā)GC

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new byte[_7MB]);      // 系統(tǒng)類占用2341K，加上new的7MB觸發(fā)垃圾回收
    }

情況2執(zhí)行結(jié)果

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 2342K->696K(9216K), 0.0029193 secs] 2342K->696K(19456K), 0.0029867 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
// GC:minor GC(新生代垃圾回收)    FUll GC  (老年代垃圾回收)
// [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 垃圾回收執(zhí)行時間
Heap
 def new generation   total 9216K, used 8110K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  eden space 8192K,  90% used [0x00000000fec00000, 0x00000000ff33d8c0, 0x00000000ff400000)
  from space 1024K,  67% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff5ae100, 0x00000000ff600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
 tenured generation   total 10240K, used 0K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 10240K,   0% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600200, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 3539K, capacity 4536K, committed 4864K, reserved 1056768K
 //加入Java開發(fā)交流君樣：756584822一起吹水聊天
  class space    used 395K, capacity 428K, committed 512K, reserved 1048576K

情況三: 新生代內(nèi)存隨著對象的增多放不下了

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new byte[_7MB]);
        list.add(new byte[_512KB]);
        list.add(new byte[_512KB]);
    }

執(zhí)行結(jié)果

新生代放不下，將新生代的對象放置到老年代。

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 2342K->670K(9216K), 0.0022591 secs] 2342K->670K(19456K), 0.0023131 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 8678K->538K(9216K), 0.0061246 secs] 8678K->8354K(19456K), 0.0061637 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 def new generation   total 9216K, used 1132K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  eden space 8192K,   7% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fec94930, 0x00000000ff400000)
  from space 1024K,  52% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff486a00, 0x00000000ff500000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
 tenured generation   total 10240K, used 7815K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 10240K,  76% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffda1f80, 0x00000000ffda2000, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 3539K, capacity 4536K, committed 4864K, reserved 1056768K
 //加入Java開發(fā)交流君樣：756584822一起吹水聊天
  class space    used 395K, capacity 428K, committed 512K, reserveed 1048576K

情況四：一開始直接分配大于新生代的內(nèi)存，如果老年代放的下，則直接放到老年代

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new byte[_8MB]);
    }

執(zhí)行結(jié)果

Heap
 def new generation   total 9216K, used 2507K [0x00000000fec00000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  eden space 8192K,  30% used [0x00000000fec00000, 0x00000000fee72ca8, 0x00000000ff400000)
  from space 1024K,   0% used [0x00000000ff400000, 0x00000000ff400000, 0x00000000ff500000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000000ff500000, 0x00000000ff500000, 0x00000000ff600000)
 tenured generation   total 10240K, used 8192K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
   the space 10240K,  80% used [0x00000000ff600000, 0x00000000ffe00010, 0x00000000ffe00200, 0x0000000100000000)
 Metaspace       used 3539K, capacity 4536K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 395K, capacity 428K, committed 512K, reserved 1048576K

小結(jié)

當(dāng)內(nèi)存比較緊張的時候，即新生代內(nèi)存放不下的時候，有時候會直接將對象分配到老年代，或者直接在回收次數(shù)較少(未達到15次)的情況下，直接將新生代對象弄到老年代?！举Y料獲取】

2 垃圾回收器

2-1 垃圾回收器概述

CMS垃圾回收器后來被G1垃圾回收器取代。

2-2 串行垃圾回收器

開啟串行垃圾回收器的JVM參數(shù)

-XX:+UseSerialGC    = Serial + SerialOld
// Serial：工作在新生代，采用復(fù)制的垃圾回收算法
// SerialOld:工作在老生代，采用標記+整理的垃圾回收算法

總結(jié)：觸發(fā)垃圾回收時，讓多個線程在一個安全點停下來，然后使用單線程的垃圾回收器去進行垃圾回收，垃圾回收完成后，再讓其他線程運行。

2-3 吞吐量優(yōu)先的垃圾回收器

開啟吞吐量優(yōu)先的垃圾回收器的JVM參數(shù)

開啟/關(guān)閉的參數(shù)

默認的多線程垃圾回收器，前者是開啟新生代回收器，采用復(fù)制算法，后者是開啟老年代回收器，采用標記+拷貝算法。下面選項只要開啟一個，那么另外一個也會開啟。

-XX:+UseParallelGC , -XX:+UseParallelOldGC

開啟自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整新生代的大小，晉升閾值

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy

二個指標調(diào)整的參數(shù)（ParallelGC會根據(jù)設(shè)定的指標去調(diào)整堆的大小到達下面期望設(shè)定的目標）
指標1）1/（1+ratio） = 垃圾回收的時間/總的運行時間

ratio默認值時99，即垃圾回收的時間不超過總時間1%。但一般設(shè)為19。【資料獲取】
如果達不到目標，ParallelGC會調(diào)整堆內(nèi)存大小來達到這個目標，通常是調(diào)大，這樣垃圾回收的次數(shù)會減少，從而提高吞吐量

-XX:GCTimeRatio=ratio

指標2）每次垃圾回收的時間限制（ 最大暫停的毫秒數(shù)）

默認值是200ms
顯然將堆內(nèi)存空間變小有助于減少每次垃圾回收的時間

-XX:MaxGCPauseMillis=ms

總結(jié)：顯然指標1）與指標2）是有沖突的。

-XX:ParallelGCThreads=n //垃圾回收并行的線程數(shù)目

小結(jié)：

采用多線程方式進行垃圾回收，垃圾回收的線程數(shù)目通常根據(jù)CPU的核數(shù)進行設(shè)置。在垃圾回收階段，并行的垃圾回收線程會充分占用CPU。在非垃圾回收階段，用戶線程會充分利用CPU資源。

2-4 響應(yīng)時間優(yōu)先的垃圾回收器（CMS垃圾回收器）

缺點：采用的標記清除算法產(chǎn)生內(nèi)存碎片需要退化成單線程的垃圾整理回收器，造成響應(yīng)時間變長。

開啟的JVM參數(shù)

注意這個是并發(fā)的采用標記清除算法的垃圾回收，這里區(qū)別于之前的垃圾回收器，該垃圾回收器能夠在進行垃圾回收的同時運行其他非垃圾回收線程（也存在時間階段需要停止，但不是所有階段停止）。

老年代并發(fā)的垃圾回收器會出現(xiàn)失敗的情況，這時老年代垃圾回收器會退化成單線程的垃圾回收器(SerialOld)

-XX:+UseConcMarkSweepGC // use concurrent mark sweep（會產(chǎn)生垃圾碎片） 工作在老年代的垃圾回收器
-XX:+UseParNewGC        // 工作在新生代的垃圾回收器

重要的初始參數(shù)

-XX:ParallelGCThreads=n        // 并行的垃圾回收線程數(shù)，通常等于CPU的核心數(shù)（垃圾回收并行階段）
-XX:ConcGCThreads=threads      // 并發(fā)的線程數(shù)目，通常設(shè)為并行垃圾回收線程數(shù)的1/4（垃圾回收并發(fā)階段）

其他參數(shù)

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent // 執(zhí)行垃圾回收的內(nèi)存占比，預(yù)留空間給浮動垃圾
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark
// 在重新標記前，對新生代進行垃圾回收，減少并發(fā)清理的垃圾對象，+開啟，-關(guān)閉

浮動垃圾是指并發(fā)清理過程中用戶線程新產(chǎn)生的垃圾，需要等待下次并發(fā)清理。

并發(fā)工作流程概述：

• step1:老年代發(fā)生內(nèi)存不存的現(xiàn)象。

• step2:ConcMarkSweepGC會進行一個初始標記動作（初始標記需要STW即阻塞非垃圾回收線程），初始標記只標記根對象，所以速度非?？?，暫停時間也非常短。

• step3:完成初始標記后，之前阻塞的線程又可以運行了，這個時候垃圾回收線程進行并發(fā)標記。

• step4:并發(fā)標記結(jié)束后，需要再次阻塞非垃圾回收線程，進行一個所謂的重新標記，

• step5:重新標記完成后，阻塞的線程又可以運行了。垃圾回收線程也并發(fā)的清理垃圾對象。

總結(jié)：

初始標記與重新標記需要阻塞線程。 在并發(fā)階段，由于垃圾回收線程占用資源，所以系統(tǒng)的吞吐量會受到一定的影響，但是系統(tǒng)的響應(yīng)速度由于并發(fā)執(zhí)行不會受到垃圾回收的明顯影響(相比較其他垃圾回收器，STW時間只需要進行初始標記與重新標記，并且能夠不阻塞其他線程進行垃圾的標記與清除)。

到此，相信大家對“什么是Java垃圾回收器”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進入相關(guān)頻道進行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！