GC（Garbage collection ）

程序内存治理分手动和主动。

手动内存治理，须要咱们编程的时候显式调配和开释空间，但如果遗记开释，会造成重大的内存透露问题。如下：

         //申请40MB内存    int* p = malloc(1024 * 1024 * 10 * sizeof(int));    //开释内存    free(p);

显式调配和开释很容易就造成内存透露。因而咱们心愿有一种能主动回收内存的办法，这样就能够打消人为造成的谬误。咱们将这种自动化称为垃圾收集（简称GC）

古代高级编程语言基本上都具备GC性能。

GC算法

GC算法依照上面两方面内容设计

  • 标记出所有流动对象（程序正在应用或者叫可达对象）；
  • 删除未应用的对象和重新整理空间。

标记流动对象

java gc 通过追踪流动对象进行标记，未被标记的对象为闲暇状态。闲暇状态对象将会在清理阶段被回收。

GC标记对象是从GcRoots开始，它是一类非凡对象，分以下几种：

  • 以后执行办法中的局部变量和办法参数。
  • 流动Java线程。
  • 动态变量由其类援用。不过类自身是能够被垃圾收集，回收时将删除所有援用的动态变量。
  • JNI援用是本机代码作为JNI调用的一部分创立的Java对象。这样创立的对象将被特地看待，因为JVM不晓得本机代码是否正在援用它。

标记开始时，GC会遍历内存中的整个对象树，从那些GC Roots开始，而后是从根到其余对象（例如实例字段）的援用。GC拜访的每个对象都 标记 为流动对象。

标记完结后，如下图所示，蓝色示意为GCroots依然在援用的对象，灰色示意为闲暇对象期待回收。标记阶段须要留神两方面：

  • 标记须要暂停应用程序线程，这很好了解如果利用线程始终在运行对象活动状态就会始终变动，GC就无奈进行标记。这种状况称为 平安点， 导致 Stop The World暂停简述为（STW）。
  • 暂停的持续时间受流动对象的数量影响，不取决于堆的大小和对象总数 。 因而，减少堆大小不会间接影响标记阶段的持续时间。

删除闲暇对象

GC删除闲暇对象的个别分为三类：革除，压缩，复制。

标记革除（Mark-Sweep）

经验标记阶段后，所有闲暇对象占用的空间都能够重新分配新对象了。它会保护一个闲暇列表，外面记录的闲暇区域的地位和大小。这种形式的毛病很显著一是保护闲暇列表减少对象开销，二是闲暇区域大小不平均，可能会遇到调配大对象区域不够存储的状况。

革除压缩（Mark-Sweep-Compact）

革除压多了一步复制动作补救标记革除的毛病。它将所有流动对象挪动到内存区域的结尾。不过该形式的毛病是减少复制动作，也就减少了GC暂停工夫。

标记和复制

标记复制这种形式与下面标记革除压缩类似，区别在于它是将流动对象复制到另外一块新的区域（幸存对象区域）。它的益处在于复制动作能够与标记阶段同时进行，毛病是须要另外一个存储区域，该存储区域应足够大以包容幸存的对象。

JVM GC

在较旧的JVM GC中（串行，并行，CMS）将堆分成三个局部：固定内存大小的年老代，年轻代和永恒代。

JVM应用两种GC算法别离对年老代和年轻代对象进行回收。年老代的进行标记复制操作，年轻代回收进行标记革除压缩。

JVM GC事件

咱们把GC革除堆不同区域的触发事件分为以下几种：

  • Minor GC 从年老代空间回收称为主要GC。
  • Major GC 从年轻代空间回收次要GC。
  • Full GC 清理整个堆空间，包含年老代和年轻代。

Serial GC

串行GC，年老代进行标记复制，年轻代进行标记革除压缩。两个GC都是单线程操作，并且触发STW，进行所有利用线程。多CPU计算机中根本不会应用这个GC收集器。只有在单CPU的服务器上应用才有意义。

java -XX:+UseSerialGC

Parallel GC

并行GC，年老代进行标记复制，年轻代进行标记革除压缩。不论是年老代还是年轻代GC时都会触发STW，进行所有利用线程。与串行GC的区别在于它是应用多个线程运行标记和复制/压缩，多线程能够缩短GC收集工夫。

java8默认GC收集器就是 parallel gc。不过因为它在标记清理阶段依然须要进行利用线程，所以在要求较低提早的场景下可能变得不那么实用。

能够通过-XX:ParallelGCThreads = NNN指定解决的线程数量 。默认值等于计算机中的内核数。

java -XX:+UseParallelGC #应用并行垃圾收集进行清理java -XX:+UseParallelOldGC #将并行垃圾回收用于。启用此选项会主动设置-XX:+ UseParallelGCjava -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

Concurrent Mark and Sweep

并发标记扫描（CMS），年老代空间执行并行标记复制，年轻代空间执行并发标记革除。年老代GC时触STW，进行所有利用线程，而后多线程并行收集。年轻代并发标记革除不须要暂停利用线程。它的意义在于着防止了Parallel GC收集器在年轻代GC时的长时间进展。

默认状况下，此GC形式应用的线程数等于计算机物理内核数的1/4。

java -XX:+UseConcMarkSweepGC

咱们看下CMS经验的几个阶段

  1. 初始标记。暂停利用线程，标记年轻代中的所有对象，这些对象是GC Roots，和年老代中的某些流动对象援用的。

  1. 并发标记。GC与应用程序线程并行运行，从初始标记中的根对象开始，遍历年轻代所有流动对象进行标记。

  1. 并行预革除。与利用线程同时运行，如果某些援用产生了变更，JVM会将变动的区域标记为脏区域。预革除阶段就是对这些脏区域进行解决，并标记还在存活的对象，而后闲暇对象将被革除。预革除能够缩小重标阶段的工作量。

  1. 并发可停止预革除。该阶段也与利用线程并行，属于优化。减少这个阶段是为了让咱们能管制该阶段完结的工夫，也是为了加重重标阶段的工作量。

    # 控制参数-XX:CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold=2M-XX:CMSScheduleRemarkEdenPenetration=50-XX:CMSMaxAbortablePrecleanTime=5000（单位为毫秒）

    比方在并发预清理之后，如果年老代占用高于CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold，则开始并发可停止的预革除并持续进行预革除，直到年老代中达到CMSScheduleRemarkEdenPenetration百分比占用率，之后进入重标阶段。如果通过CMSMaxAbortablePrecleanTime工夫依然未达到要求，则间接进入重标阶段。

  2. 重标阶段。触发STW，暂停所用利用线程。从GCroots 开始扫描标记年轻代的所有流动对象。CMS会尝试在年老代尽可能空的时候运行最初的备注阶段。
  3. 并行清理。与利用线程同时执行。该阶段的目标是删除未应用的对象，并回收它们占用的空间以备未来应用。
  4. 并行复位。并发执行阶段，重置CMS算法的外部数据结构，并为下一个周期做好筹备。

注：如上CMS垃圾收集器进行大量工作为的是在年轻代回收时不须要暂停利用线程，以缩小暂停工夫。然而，它存在一些毛病，其中最显著的是年轻代碎片，并且在某些状况下，尤其是在大堆上，暂停持续时间不足可预测性。

G1 –垃圾优先

G1是Java9默认GC收集器。它设计的指标是利用在大内存的多处理器计算机，实现高吞吐量。个别利用堆应该在6GB以上且可预测的暂停工夫低于0.5秒。G1作为并发标记扫描收集器（CMS）的代替产品。

G1堆内存与旧GC收集器堆内存治理齐全不同。它将堆拆分为多个较小的区域（默认依据堆内存拆分为靠近2048份）来存对象。

G1收集器的几个阶段：

  1. 初始标记。触发STW，标记出从GC Roots间接拜访的所有流动对象。

  1. 并发标记。从已标记的对象开始扫描，并从根开始标记所有可拜访的对象。这个阶段能够被年轻一代的垃圾收集打断。

  1. 从新标记。因为并发标记与利用线程并行，所以可能存在脱漏的更新对象。此阶段触发STW，利用线程暂停，实现流动对象最初的标记。

  1. 复制/清理阶段。

    G1抉择“活度”最低的区域，这些区域能够被最快地收集。并发标记实现后将进行[GC pause (mixed)]混合GC，年老代和年轻代同时收集。

下图深绿色和深蓝色为革除压缩之后的区域。

G1中几个重要的参数：

# G1区域的大小。该值为2的幂，范畴为1MB至32MB。指标是依据最小Java堆大小具备大概2048个区域。-XX:G1HeapRegionSize=n# 所需的最大暂停工夫设置目标值。默认值为200毫秒。-XX:MaxGCPauseMillis=200# 设置要用作年老代大小的最小值的堆百分比。默认值为Java堆的5％-XX:G1NewSizePercent=5# 设置堆大小的百分比，以用作年老代大小的最大值。默认值为Java堆的60％。-XX:G1MaxNewSizePercent=60# 设置STW工作线程的值。将n的值设置为逻辑处理器的数量。的值与n逻辑处理器的数量雷同，最多为8# 如果逻辑处理器多于八个，则将的值设置为逻辑处理器的n大概5/8。在大多数状况下，这n是可行的，但大型SPARC零碎的值可能约为逻辑处理器的5/16。-XX:ParallelGCThreads=n# 设置平行标记线的数量。设置n为并行垃圾回收线程数（ParallelGCThreads）的大概1/4 。-XX:ConcGCThreads=n# 设置触发标记周期的Java堆占用阈值。默认占用率为整个Java堆的45％。-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45# 设置要蕴含在混合垃圾收集周期中的旧区域的占用阈值。默认占用率为65％。-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=65# 当可回收百分比小于堆垃圾百分比时，Java HotSpot VM不会启动混合垃圾回收周期。默认值为10％。-XX:G1HeapWastePercent=10# 设置标记周期后混合垃圾回收的指标数量，以收集最多蕴含G1MixedGCLIveThresholdPercent实时数据的旧区域。默认值为8个混合垃圾回收。混合馆藏的指标是在此指标数量之内。-XX:G1MixedGCCountTarget=8# 设置在混合垃圾收集周期中要收集的旧区域数的下限。缺省值为Java堆的10％。-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=10# 设置保留内存的百分比以使其放弃闲暇状态，以缩小空间溢出的危险。默认值为10％。当减少或缩小百分比时，请确保将总Java堆调整雷同的数量。-XX:G1ReservePercent=10

小结

本文记录GC算法根底和Java中的几种GC收集器。

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