1、什么是垃圾回收？
程序的運(yùn)行必然需要申請(qǐng)內(nèi)存資源，無(wú)效的對(duì)象資源如果不及時(shí)處理就會(huì)一直占有內(nèi)存資源，最終將導(dǎo)致內(nèi)存溢出，所以對(duì)內(nèi)存資源的管理是非常重要了。
1.1、C/C++語(yǔ)言的垃圾回收
在C/C++語(yǔ)言中，沒有自動(dòng)垃圾回收機(jī)制，是通過new關(guān)鍵字申請(qǐng)內(nèi)存資源，通過delete關(guān)鍵字釋放內(nèi)存資源。
如果，程序員在某些位置沒有寫delete進(jìn)行釋放，那么申請(qǐng)的對(duì)象將一直占用內(nèi)存資源，最終可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出。
1.2、Java語(yǔ)言的垃圾回收
為了讓程序員更專注于代碼的實(shí)現(xiàn)，而不用過多的考慮內(nèi)存釋放的問題，所以，在Java語(yǔ)言中，有了自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制，也就是我們熟悉的GC。
有了垃圾回收機(jī)制后，程序員只需要關(guān)心內(nèi)存的申請(qǐng)即可，內(nèi)存的釋放由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別完成。
換句話說，自動(dòng)的垃圾回收的算法就會(huì)變得非常重要了，如果因?yàn)樗惴ǖ牟缓侠恚瑢?dǎo)致內(nèi)存資源一直沒有釋放，同樣也可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出的。
當(dāng)然，除了Java語(yǔ)言，C#、Python等語(yǔ)言也都有自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制。
2、垃圾回收的常見算法
自動(dòng)化的管理內(nèi)存資源，垃圾回收機(jī)制必須要有一套算法來進(jìn)行計(jì)算，哪些是有效的對(duì)象，哪些是無(wú)效的對(duì)象，對(duì)于無(wú)效的對(duì)象就要進(jìn)行回收處理。
常見的垃圾回收算法有：引用計(jì)數(shù)法、標(biāo)記清除法、標(biāo)記壓縮法、復(fù)制算法、分代算法等。
2.1、引用計(jì)數(shù)法
引用計(jì)數(shù)是歷史最悠久的一種算法，最早George E. Collins在1960的時(shí)候首次提出，50年后的今天，該算法依然被很多編程語(yǔ)言使用。
2.1.1、原理
假設(shè)有一個(gè)對(duì)象A，任何一個(gè)對(duì)象對(duì)A的引用，那么對(duì)象A的引用計(jì)數(shù)器+1，當(dāng)引用失敗時(shí)，對(duì)象A的引用計(jì)數(shù)器就-1，如果對(duì)象A的計(jì)數(shù)器的值為0，就說明對(duì)象A沒有引用了，可以被回收。
2.1.2、優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
- 實(shí)時(shí)性較高，無(wú)需等到內(nèi)存不夠的時(shí)候，才開始回收，運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的計(jì)數(shù)器是否為0，就可以直接回收。
- 在垃圾回收過程中，應(yīng)用無(wú)需掛起。如果申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存不足，則立刻報(bào)outofmember 錯(cuò)誤。
- 區(qū)域性，更新對(duì)象的計(jì)數(shù)器時(shí)，只是影響到該對(duì)象，不會(huì)掃描全部對(duì)象。
缺點(diǎn)：
- 每次對(duì)象被引用時(shí)，都需要去更新計(jì)數(shù)器，有一點(diǎn)時(shí)間開銷。
- 浪費(fèi)CPU資源，即使內(nèi)存夠用，仍然在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)器的統(tǒng)計(jì)。
- 無(wú)法解決循環(huán)引用問題。（最大的缺點(diǎn)）
什么是循環(huán)引用？
class TestA{
public TestB b;
}
class TestB{
public TestA a;
}
public class Main{
public static void main(String[] args){
A a = new A();
B b = new B();
a.b=b;
b.a=a;
a = null;
b = null;
}
}
雖然a和b都為null，但是由于a和b存在循環(huán)引用，這樣a和b永遠(yuǎn)都不會(huì)被回收。
2.2、標(biāo)記清除法
標(biāo)記清除算法，是將垃圾回收分為2個(gè)階段，分別是標(biāo)記和清除。
- 標(biāo)記：從根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記引用的對(duì)象。
- 清除：未被標(biāo)記引用的對(duì)象就是垃圾對(duì)象，可以被清理。
2.2.1、原理
這張圖代表的是程序運(yùn)行期間所有對(duì)象的狀態(tài)，它們的標(biāo)志位全部是0（也就是未標(biāo)記，以下默認(rèn)0就是未標(biāo)記，1為已標(biāo)記），假設(shè)這會(huì)兒有效內(nèi)存空間耗盡了，JVM將會(huì)停止應(yīng)用程序的運(yùn)行并開啟GC線程，然后開始進(jìn)行標(biāo)記工作，按照根搜索算法，標(biāo)記完以后，對(duì)象的狀態(tài)如下圖。
可以看到，按照根搜索算法，所有從root對(duì)象可達(dá)的對(duì)象就被標(biāo)記為了存活的對(duì)象，此時(shí)已經(jīng)完成了第一階段標(biāo)記。接下來，就要執(zhí)行第二階段清除了，那么清除完以后，剩下的對(duì)象以及對(duì)象的狀態(tài)如下圖所示。
可以看到，沒有被標(biāo)記的對(duì)象將會(huì)回收清除掉，而被標(biāo)記的對(duì)象將會(huì)留下，并且會(huì)將標(biāo)記位重新歸0。接下來就不用說了，喚醒停止的程序線程，讓程序繼續(xù)運(yùn)行即可。
2.2.2、優(yōu)缺點(diǎn)
可以看到，標(biāo)記清除算法解決了引用計(jì)數(shù)算法中的循環(huán)引用的問題，沒有從root節(jié)點(diǎn)引用的對(duì)象都會(huì)被回收。
同樣，標(biāo)記清除算法也是有缺點(diǎn)的：
- 效率較低，標(biāo)記和清除兩個(gè)動(dòng)作都需要遍歷所有的對(duì)象，并且在GC時(shí)，需要停止應(yīng)用程序，對(duì)于交互性要求比較高的應(yīng)用而言這個(gè)體驗(yàn)是非常差的。
- 通過標(biāo)記清除算法清理出來的內(nèi)存，碎片化較為嚴(yán)重，因?yàn)楸换厥盏膶?duì)象可能存在于內(nèi)存的各個(gè)角落，所以清理出來的內(nèi)存是不連貫的。
2.3、標(biāo)記壓縮算法
標(biāo)記壓縮算法是在標(biāo)記清除算法的基礎(chǔ)之上，做了優(yōu)化改進(jìn)的算法。和標(biāo)記清除算法一樣，也是從根節(jié)點(diǎn)開始，對(duì)對(duì)象的引用進(jìn)行標(biāo)記，在清理階段，并不是簡(jiǎn)單的清理未標(biāo)記的對(duì)象，而是將存活的對(duì)象壓縮到內(nèi)存的一端，然后清理邊界以外的垃圾，從而解決了碎片化的問題。
2.3.1、原理
2.3.2、優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)缺點(diǎn)同標(biāo)記清除算法，解決了標(biāo)記清除算法的碎片化的問題，同時(shí)，標(biāo)記壓縮算法多了一步，對(duì)象移動(dòng)內(nèi)存位置的步驟，其效率也有有一定的影響。
2.4、復(fù)制算法
復(fù)制算法的核心就是，將原有的內(nèi)存空間一分為二，每次只用其中的一塊，在垃圾回收時(shí)，將正在使用的對(duì)象復(fù)制到另一個(gè)內(nèi)存空間中，然后將該內(nèi)存空間清空，交換兩個(gè)內(nèi)存的角色，完成垃圾的回收。
如果內(nèi)存中的垃圾對(duì)象較多，需要復(fù)制的對(duì)象就較少，這種情況下適合使用該方式并且效率比較高，反之，則不適合。
2.4.1、JVM中年輕代內(nèi)存空間
- 在GC開始的時(shí)候，對(duì)象只會(huì)存在于Eden區(qū)和名為“From”的Survivor區(qū)，Survivor區(qū)“To”是空的。
- 緊接著進(jìn)行GC，Eden區(qū)中所有存活的對(duì)象都會(huì)被復(fù)制到“To”，而在“From”區(qū)中，仍存活的對(duì)象會(huì)根據(jù)他們的年齡值來決定去向。年齡達(dá)到一定值(年齡閾值，可以通過-XX:MaxTenuringThreshold來設(shè)置)的對(duì)象會(huì)被移動(dòng)到年老代中，沒有達(dá)到閾值的對(duì)象會(huì)被復(fù)制到“To”區(qū)域。
- 經(jīng)過這次GC后，Eden區(qū)和From區(qū)已經(jīng)被清空。這個(gè)時(shí)候，“From”和“To”會(huì)交換他們的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎樣，都會(huì)保證名為To的Survivor區(qū)域是空的。
- GC會(huì)一直重復(fù)這樣的過程，直到“To”區(qū)被填滿，“To”區(qū)被填滿之后，會(huì)將所有對(duì)象移動(dòng)到年老代中。
2.4.2、優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
- 在垃圾對(duì)象多的情況下，效率較高
- 清理后，內(nèi)存無(wú)碎片
缺點(diǎn)：
- 在垃圾對(duì)象少的情況下，不適用，如：老年代內(nèi)存
- 分配的2塊內(nèi)存空間，在同一個(gè)時(shí)刻，只能使用一半，內(nèi)存使用率較低
2.5、分代算法
前面介紹了多種回收算法，每一種算法都有自己的優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，誰(shuí)都不能替代誰(shuí)，所以根據(jù)垃圾回收對(duì)象的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，才是明智的選擇。
分代算法其實(shí)就是這樣的，根據(jù)回收對(duì)象的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，在jvm中，年輕代適合使用復(fù)制算法，老年代適合使用標(biāo)記清除或標(biāo)記壓縮算法。
3、垃圾收集器以及內(nèi)存分配
前面我們講了垃圾回收的算法，還需要有具體的實(shí)現(xiàn)，在jvm中，實(shí)現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括：串行垃圾收集器、并行垃圾收集器、CMS（并發(fā)）垃圾收集器、G1垃圾收集器，接下來，我們一個(gè)個(gè)的了解學(xué)習(xí)。
3.1、串行垃圾收集器
串行垃圾收集器，是指使用單線程進(jìn)行垃圾回收，垃圾回收時(shí)，只有一個(gè)線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停，等待垃圾回收的完成。這種現(xiàn)象稱之為STW（Stop-The-World）。
對(duì)于交互性較強(qiáng)的應(yīng)用而言，這種垃圾收集器是不能夠接受的。
一般在Javaweb應(yīng)用中是不會(huì)采用該收集器的。
3.1.1、編寫測(cè)試代碼
package cn.test.jvm;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.Properties;
import java.util.Random;
public class TestGC {
public static void main(String[] args) throws Exception {
List<Object> list = new ArrayList<Object>();
while (true){
int sleep = new Random().nextInt(100);
if(System.currentTimeMillis() % 2 ==0){
list.clear();
}else{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
Properties properties = new Properties();
properties.put("key_"+i, "value_" + System.currentTimeMillis() + i);
list.add(properties);
}
}
// System.out.println("list大小為：" + list.size());
Thread.sleep(sleep);
}
}
}
3.1.2、設(shè)置垃圾回收為串行收集器
在程序運(yùn)行參數(shù)中添加2個(gè)參數(shù)，如下：
-
-XX:+UseSerialGC
- 指定年輕代和老年代都使用串行垃圾收集器
-
-XX:+PrintGCDetails
- 打印垃圾回收的詳細(xì)信息
# 為了測(cè)試GC，將堆的初始和最大內(nèi)存都設(shè)置為16M
-XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
啟動(dòng)程序，可以看到下面信息：
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4416K->512K(4928K), 0.0046102 secs] 4416K->1973K(15872K), 0.0046533 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 10944K->3107K(10944K), 0.0085637 secs] 15871K->3107K(15872K), [Metaspace: 3496K->3496K(1056768K)], 0.0085974 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]
GC日志信息解讀：
年輕代的內(nèi)存GC前后的大小：
- DefNew
- 表示使用的是串行垃圾收集器。
- 4416K->512K(4928K)
- 表示，年輕代GC前，占有4416K內(nèi)存，GC后，占有512K內(nèi)存，總大小4928K
- 0.0046102 secs
- 表示，GC所用的時(shí)間，單位為毫秒。
- 4416K->1973K(15872K)
- 表示，GC前，堆內(nèi)存占有4416K，GC后，占有1973K，總大小為15872K
- Full GC
- 表示，內(nèi)存空間全部進(jìn)行GC
3.2、并行垃圾收集器
并行垃圾收集器在串行垃圾收集器的基礎(chǔ)之上做了改進(jìn)，將單線程改為了多線程進(jìn)行垃圾回收，這樣可以縮短垃圾回收的時(shí)間。（這里是指，并行能力較強(qiáng)的機(jī)器）
當(dāng)然了，并行垃圾收集器在收集的過程中也會(huì)暫停應(yīng)用程序，這個(gè)和串行垃圾回收器是一樣的，只是并行執(zhí)行，速度更快些，暫停的時(shí)間更短一些。
3.2.1、ParNew垃圾收集器
ParNew垃圾收集器是工作在年輕代上的，只是將串行的垃圾收集器改為了并行。
通過-XX:+UseParNewGC參數(shù)設(shè)置年輕代使用ParNew回收器，老年代使用的依然是串行收集器。
測(cè)試：
#參數(shù)
-XX:+UseParNewGC -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
#打印出的信息
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 4416K->512K(4928K), 0.0032106 secs] 4416K->1988K(15872K), 0.0032697 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
由以上信息可以看出，ParNew: 使用的是ParNew收集器。其他信息和串行收集器一致。
3.2.2、ParallelGC垃圾收集器
ParallelGC收集器工作機(jī)制和ParNewGC收集器一樣，只是在此基礎(chǔ)之上，新增了兩個(gè)和系統(tǒng)吞吐量相關(guān)的參數(shù)，使得其使用起來更加的靈活和高效。
相關(guān)參數(shù)如下：
- -XX:+UseParallelGC
- 年輕代使用ParallelGC垃圾回收器，老年代使用串行回收器。
- -XX:+UseParallelOldGC
- 年輕代使用ParallelGC垃圾回收器，老年代使用ParallelOldGC垃圾回收器。
- -XX:MaxGCPauseMillis
- 設(shè)置最大的垃圾收集時(shí)的停頓時(shí)間，單位為毫秒
- 需要注意的時(shí)，ParallelGC為了達(dá)到設(shè)置的停頓時(shí)間，可能會(huì)調(diào)整堆大小或其他的參數(shù)，如果堆的大小設(shè)置的較小，就會(huì)導(dǎo)致GC工作變得很頻繁，反而可能會(huì)影響到性能。
- 該參數(shù)使用需謹(jǐn)慎。
- -XX:GCTimeRatio
- 設(shè)置垃圾回收時(shí)間占程序運(yùn)行時(shí)間的百分比，公式為1/(1+n)。
- 它的值為0~100之間的數(shù)字，默認(rèn)值為99，也就是垃圾回收時(shí)間不能超過1%
- -XX:UseAdaptiveSizePolicy
- 自適應(yīng)GC模式，垃圾回收器將自動(dòng)調(diào)整年輕代、老年代等參數(shù)，達(dá)到吞吐量、堆大小、停頓時(shí)間之間的平衡。
- 一般用于，手動(dòng)調(diào)整參數(shù)比較困難的場(chǎng)景，讓收集器自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。
測(cè)試：
#參數(shù)
-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
#打印的信息
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4096K->480K(4608K)] 4096K->1840K(15872K), 0.0034307 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 505K->0K(4608K)] [ParOldGen: 10332K->10751K(11264K)] 10837K->10751K(15872K), [Metaspace: 3491K->3491K(1056768K)], 0.0793622 secs] [Times: user=0.13 sys=0.00, real=0.08 secs]
有以上信息可以看出，年輕代和老年代都使用了ParallelGC垃圾回收器。
3.3、CMS垃圾收集器
CMS全稱 Concurrent Mark Sweep，是一款并發(fā)的、使用標(biāo)記-清除算法的垃圾回收器，該回收器是針對(duì)老年代垃圾回收的，通過參數(shù)-XX:+UseConcMarkSweepGC進(jìn)行設(shè)置。
CMS垃圾回收器的執(zhí)行過程如下：
- 初始化標(biāo)記(CMS-initial-mark) ,標(biāo)記root，會(huì)導(dǎo)致stw；
- 并發(fā)標(biāo)記(CMS-concurrent-mark)，與用戶線程同時(shí)運(yùn)行；
- 預(yù)清理（CMS-concurrent-preclean），與用戶線程同時(shí)運(yùn)行；
- 重新標(biāo)記(CMS-remark) ，會(huì)導(dǎo)致stw；
- 并發(fā)清除(CMS-concurrent-sweep)，與用戶線程同時(shí)運(yùn)行；
- 調(diào)整堆大小，設(shè)置CMS在清理之后進(jìn)行內(nèi)存壓縮，目的是清理內(nèi)存中的碎片；
- 并發(fā)重置狀態(tài)等待下次CMS的觸發(fā)(CMS-concurrent-reset)，與用戶線程同時(shí)運(yùn)行；
3.3.1、測(cè)試
#設(shè)置啟動(dòng)參數(shù)
-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
#運(yùn)行日志
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 4926K->512K(4928K), 0.0041843 secs] 9424K->6736K(15872K), 0.0042168 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第一步，初始標(biāo)記
[GC (CMS Initial Mark) [1 CMS-initial-mark: 6224K(10944K)] 6824K(15872K), 0.0004209 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第二步，并發(fā)標(biāo)記
[CMS-concurrent-mark-start]
[CMS-concurrent-mark: 0.002/0.002 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第三步，預(yù)處理
[CMS-concurrent-preclean-start]
[CMS-concurrent-preclean: 0.000/0.000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第四步，重新標(biāo)記
[GC (CMS Final Remark) [YG occupancy: 1657 K (4928 K)][Rescan (parallel) , 0.0005811 secs][weak refs processing, 0.0000136 secs][class unloading, 0.0003671 secs][scrub symbol table, 0.0006813 secs][scrub string table, 0.0001216 secs][1 CMS-remark: 6224K(10944K)] 7881K(15872K), 0.0018324 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第五步，并發(fā)清理
[CMS-concurrent-sweep-start]
[CMS-concurrent-sweep: 0.004/0.004 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第六步，重置
[CMS-concurrent-reset-start]
[CMS-concurrent-reset: 0.000/0.000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
由以上日志信息，可以看出CMS執(zhí)行的過程。
3.4、G1垃圾收集器（重點(diǎn)）
G1垃圾收集器是在jdk1.7中正式使用的全新的垃圾收集器，oracle官方計(jì)劃在jdk9中將G1變成默認(rèn)的垃圾收集器，以替代CMS。
G1的設(shè)計(jì)原則就是簡(jiǎn)化JVM性能調(diào)優(yōu)，開發(fā)人員只需要簡(jiǎn)單的三步即可完成調(diào)優(yōu)：
- 第一步，開啟G1垃圾收集器
- 第二步，設(shè)置堆的最大內(nèi)存
- 第三步，設(shè)置最大的停頓時(shí)間
G1中提供了三種模式垃圾回收模式，Young GC、Mixed GC 和 Full GC，在不同的條件下被觸發(fā)。
3.4.1、原理
G1垃圾收集器相對(duì)比其他收集器而言，最大的區(qū)別在于它取消了年輕代、老年代的物理劃分，取而代之的是將堆劃分為若干個(gè)區(qū)域（Region），這些區(qū)域中包含了有邏輯上的年輕代、老年代區(qū)域。
這樣做的好處就是，我們?cè)僖膊挥脝为?dú)的空間對(duì)每個(gè)代進(jìn)行設(shè)置了，不用擔(dān)心每個(gè)代內(nèi)存是否足夠。
在G1劃分的區(qū)域中，年輕代的垃圾收集依然采用暫停所有應(yīng)用線程的方式，將存活對(duì)象拷貝到老年代或者Survivor空間，G1收集器通過將對(duì)象從一個(gè)區(qū)域復(fù)制到另外一個(gè)區(qū)域，完成了清理工作。
這就意味著，在正常的處理過程中，G1完成了堆的壓縮（至少是部分堆的壓縮），這樣也就不會(huì)有cms內(nèi)存碎片問題的存在了。
在G1中，有一種特殊的區(qū)域，叫Humongous區(qū)域。
- 如果一個(gè)對(duì)象占用的空間超過了分區(qū)容量50%以上，G1收集器就認(rèn)為這是一個(gè)巨型對(duì)象。
- 這些巨型對(duì)象，默認(rèn)直接會(huì)被分配在老年代，但是如果它是一個(gè)短期存在的巨型對(duì)象，就會(huì)對(duì)垃圾收集器造成負(fù)面影響。
- 為了解決這個(gè)問題，G1劃分了一個(gè)Humongous區(qū)，它用來專門存放巨型對(duì)象。如果一個(gè)H區(qū)裝不下一個(gè)巨型對(duì)象，那么G1會(huì)尋找連續(xù)的H分區(qū)來存儲(chǔ)。為了能找到連續(xù)的H區(qū)，有時(shí)候不得不啟動(dòng)Full GC。
3.4.2、Young GC
Young GC主要是對(duì)Eden區(qū)進(jìn)行GC，它在Eden空間耗盡時(shí)會(huì)被觸發(fā)。
- Eden空間的數(shù)據(jù)移動(dòng)到Survivor空間中，如果Survivor空間不夠，Eden空間的部分?jǐn)?shù)據(jù)會(huì)直接晉升到年老代空間。
- Survivor區(qū)的數(shù)據(jù)移動(dòng)到新的Survivor區(qū)中，也有部分?jǐn)?shù)據(jù)晉升到老年代空間中。
- 最終Eden空間的數(shù)據(jù)為空，GC停止工作，應(yīng)用線程繼續(xù)執(zhí)行。
3.4.2.1、Remembered Set（已記憶集合）
在GC年輕代的對(duì)象時(shí)，我們?nèi)绾握业侥贻p代中對(duì)象的根對(duì)象呢？
根對(duì)象可能是在年輕代中，也可以在老年代中，那么老年代中的所有對(duì)象都是根么？
如果全量掃描老年代，那么這樣掃描下來會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。
于是，G1引進(jìn)了RSet的概念。它的全稱是Remembered Set，其作用是跟蹤指向某個(gè)堆內(nèi)的對(duì)象引用。
每個(gè)Region初始化時(shí)，會(huì)初始化一個(gè)RSet，該集合用來記錄并跟蹤其它Region指向該Region中對(duì)象的引用，每個(gè)Region默認(rèn)按照512Kb劃分成多個(gè)Card，所以RSet需要記錄的東西應(yīng)該是 xx Region的 xx Card。
3.4.3、Mixed GC
當(dāng)越來越多的對(duì)象晉升到老年代old region時(shí)，為了避免堆內(nèi)存被耗盡，虛擬機(jī)會(huì)觸發(fā)一個(gè)混合的垃圾收集器，即Mixed GC，該算法并不是一個(gè)Old GC，除了回收整個(gè)Young Region，還會(huì)回收一部分的Old Region，這里需要注意：是一部分老年代，而不是全部老年代，可以選擇哪些old region進(jìn)行收集，從而可以對(duì)垃圾回收的耗時(shí)時(shí)間進(jìn)行控制。也要注意的是Mixed GC 并不是 Full GC。
MixedGC什么時(shí)候觸發(fā)？ 由參數(shù) -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n 決定。默認(rèn)：45%，該參數(shù)的意思是：當(dāng)老年代大小占整個(gè)堆大小百分比達(dá)到該閥值時(shí)觸發(fā)。
它的GC步驟分2步：
- 全局并發(fā)標(biāo)記（global concurrent marking）
- 拷貝存活對(duì)象（evacuation）
3.4.3.1、全局并發(fā)標(biāo)記
全局并發(fā)標(biāo)記，執(zhí)行過程分為五個(gè)步驟：
- 初始標(biāo)記（initial mark，STW）
- 標(biāo)記從根節(jié)點(diǎn)直接可達(dá)的對(duì)象，這個(gè)階段會(huì)執(zhí)行一次年輕代GC，會(huì)產(chǎn)生全局停頓。
- 根區(qū)域掃描（root region scan）
- G1 GC 在初始標(biāo)記的存活區(qū)掃描對(duì)老年代的引用，并標(biāo)記被引用的對(duì)象。
- 該階段與應(yīng)用程序（非 STW）同時(shí)運(yùn)行，并且只有完成該階段后，才能開始下一次 STW 年輕代垃圾回收。
- 并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Marking）
- G1 GC 在整個(gè)堆中查找可訪問的（存活的）對(duì)象。該階段與應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行，可以被 STW 年輕代垃圾回收中斷。
- 重新標(biāo)記（Remark，STW）
- 該階段是 STW 回收，因?yàn)槌绦蛟谶\(yùn)行，針對(duì)上一次的標(biāo)記進(jìn)行修正。
- 清除垃圾（Cleanup，STW）
- 清點(diǎn)和重置標(biāo)記狀態(tài)，該階段會(huì)STW，這個(gè)階段并不會(huì)實(shí)際上去做垃圾的收集，等待evacuation階段來回收。
3.4.3.2、拷貝存活對(duì)象
Evacuation階段是全暫停的。該階段把一部分Region里的活對(duì)象拷貝到另一部分Region中，從而實(shí)現(xiàn)垃圾的回收清理。
3.4.4、G1收集器相關(guān)參數(shù)
- -XX:+UseG1GC
- 使用 G1 垃圾收集器
- -XX:MaxGCPauseMillis
- 設(shè)置期望達(dá)到的最大GC停頓時(shí)間指標(biāo)（JVM會(huì)盡力實(shí)現(xiàn)，但不保證達(dá)到），默認(rèn)值是 200 毫秒。
- -XX:G1HeapRegionSize=n
- 設(shè)置的 G1 區(qū)域的大小。值是 2 的冪，范圍是 1 MB 到 32 MB 之間。目標(biāo)是根據(jù)最小的 Java 堆大小劃分出約 2048 個(gè)區(qū)域。
- 默認(rèn)是堆內(nèi)存的1/2000。
- -XX:ParallelGCThreads=n
- 設(shè)置 STW 工作線程數(shù)的值。將 n 的值設(shè)置為邏輯處理器的數(shù)量。n 的值與邏輯處理器的數(shù)量相同，最多為 8。
- -XX:ConcGCThreads=n
- 設(shè)置并行標(biāo)記的線程數(shù)。將 n 設(shè)置為并行垃圾回收線程數(shù) (ParallelGCThreads) 的 1/4 左右。
- -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n
- 設(shè)置觸發(fā)標(biāo)記周期的 Java 堆占用率閾值。默認(rèn)占用率是整個(gè) Java 堆的 45%。
3.4.5、測(cè)試
-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+PrintGCDetails -Xmx256m
#日志
[GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0044882 secs]
[Parallel Time: 3.7 ms, GC Workers: 3]
[GC Worker Start (ms): Min: 14763.7, Avg: 14763.8, Max: 14763.8, Diff: 0.1]
#掃描根節(jié)點(diǎn)
[Ext Root Scanning (ms): Min: 0.2, Avg: 0.3, Max: 0.3, Diff: 0.1, Sum: 0.8]
#更新RS區(qū)域所消耗的時(shí)間
[Update RS (ms): Min: 1.8, Avg: 1.9, Max: 1.9, Diff: 0.2, Sum: 5.6]
[Processed Buffers: Min: 1, Avg: 1.7, Max: 3, Diff: 2, Sum: 5]
[Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
[Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
#對(duì)象拷貝
[Object Copy (ms): Min: 1.1, Avg: 1.2, Max: 1.3, Diff: 0.2, Sum: 3.6]
[Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.1, Max: 0.2, Diff: 0.2, Sum: 0.2]
[Termination Attempts: Min: 1, Avg: 1.0, Max: 1, Diff: 0, Sum: 3]
[GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
[GC Worker Total (ms): Min: 3.4, Avg: 3.4, Max: 3.5, Diff: 0.1, Sum: 10.3]
[GC Worker End (ms): Min: 14767.2, Avg: 14767.2, Max: 14767.3, Diff: 0.1]
[Code Root Fixup: 0.0 ms]
[Code Root Purge: 0.0 ms]
[Clear CT: 0.0 ms] #清空CardTable
[Other: 0.7 ms]
[Choose CSet: 0.0 ms] #選取CSet
[Ref Proc: 0.5 ms] #弱引用、軟引用的處理耗時(shí)
[Ref Enq: 0.0 ms] #弱引用、軟引用的入隊(duì)耗時(shí)
[Redirty Cards: 0.0 ms]
[Humongous Register: 0.0 ms] #大對(duì)象區(qū)域注冊(cè)耗時(shí)
[Humongous Reclaim: 0.0 ms] #大對(duì)象區(qū)域回收耗時(shí)
[Free CSet: 0.0 ms]
[Eden: 7168.0K(7168.0K)->0.0B(13.0M) Survivors: 2048.0K->2048.0K Heap: 55.5M(192.0M)->48.5M(192.0M)] #年輕代的大小統(tǒng)計(jì)
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
3.4.6、對(duì)于G1垃圾收集器優(yōu)化建議
- 年輕代大小
- 避免使用 -Xmn 選項(xiàng)或 -XX:NewRatio 等其他相關(guān)選項(xiàng)顯式設(shè)置年輕代大小。
- 固定年輕代的大小會(huì)覆蓋暫停時(shí)間目標(biāo)。
- 暫停時(shí)間目標(biāo)不要太過嚴(yán)苛
- G1 GC 的吞吐量目標(biāo)是 90% 的應(yīng)用程序時(shí)間和 10%的垃圾回收時(shí)間。
- 評(píng)估 G1 GC 的吞吐量時(shí)，暫停時(shí)間目標(biāo)不要太嚴(yán)苛。目標(biāo)太過嚴(yán)苛表示您愿意承受更多的垃圾回收開銷，而這會(huì)直接影響到吞吐量。
4、可視化GC日志分析工具
4.1、GC日志輸出參數(shù)
前面通過-XX:+PrintGCDetails可以對(duì)GC日志進(jìn)行打印，我們就可以在控制臺(tái)查看，這樣雖然可以查看GC的信息，但是并不直觀，可以借助于第三方的GC日志分析工具進(jìn)行查看。
在日志打印輸出涉及到的參數(shù)如下：
-XX:+PrintGC 輸出GC日志
-XX:+PrintGCDetails 輸出GC的詳細(xì)日志
-XX:+PrintGCTimeStamps 輸出GC的時(shí)間戳（以基準(zhǔn)時(shí)間的形式）
-XX:+PrintGCDateStamps 輸出GC的時(shí)間戳（以日期的形式，如 2013-05-04T21:53:59.234+0800）
-XX:+PrintHeapAtGC 在進(jìn)行GC的前后打印出堆的信息
-Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的輸出路徑
測(cè)試：
-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -Xmx256m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:F://test//gc.log
運(yùn)行后就可以在E盤下生成gc.log文件。
如下：
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.144-b01) for windows-amd64 JRE (1.8.0_144-b01), built on Jul 21 2017 21:57:33 by "java_re" with MS VC++ 10.0 (VS2010)
Memory: 4k page, physical 12582392k(1939600k free), swap 17300984k(5567740k free)
CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=201318272 -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:MaxHeapSize=268435456 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintHeapAtGC -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseG1GC -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation
{Heap before GC invocations=0 (full 0):
garbage-first heap total 196608K, used 9216K [0x00000000f0000000, 0x00000000f0100600, 0x0000000100000000)
region size 1024K, 9 young (9216K), 0 survivors (0K)
Metaspace used 3491K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
2018-09-24T23:06:02.230+0800: 0.379: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0031038 secs]
[Parallel Time: 2.8 ms, GC Workers: 3]
[GC Worker Start (ms): Min: 378.6, Avg: 378.8, Max: 379.0, Diff: 0.3]
[Ext Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.4, Max: 0.8, Diff: 0.8, Sum: 1.3]
[Update RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
[Processed Buffers: Min: 0, Avg: 0.0, Max: 0, Diff: 0, Sum: 0]
[Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
[Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.1]
[Object Copy (ms): Min: 1.8, Avg: 1.9, Max: 1.9, Diff: 0.1, Sum: 5.6]
[Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
[Termination Attempts: Min: 1, Avg: 1.0, Max: 1, Diff: 0, Sum: 3]
[GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.2, Max: 0.6, Diff: 0.6, Sum: 0.6]
[GC Worker Total (ms): Min: 2.4, Avg: 2.5, Max: 2.7, Diff: 0.3, Sum: 7.6]
[GC Worker End (ms): Min: 381.4, Avg: 381.4, Max: 381.4, Diff: 0.0]
[Code Root Fixup: 0.0 ms]
[Code Root Purge: 0.0 ms]
[Clear CT: 0.0 ms]
[Other: 0.2 ms]
[Choose CSet: 0.0 ms]
[Ref Proc: 0.1 ms]
[Ref Enq: 0.0 ms]
[Redirty Cards: 0.0 ms]
[Humongous Register: 0.0 ms]
[Humongous Reclaim: 0.0 ms]
[Free CSet: 0.0 ms]
[Eden: 9216.0K(9216.0K)->0.0B(7168.0K) Survivors: 0.0B->2048.0K Heap: 9216.0K(192.0M)->1888.0K(192.0M)]
Heap after GC invocations=1 (full 0):
garbage-first heap total 196608K, used 1888K [0x00000000f0000000, 0x00000000f0100600, 0x0000000100000000)
region size 1024K, 2 young (2048K), 2 survivors (2048K)
Metaspace used 3491K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
}
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
{Heap before GC invocations=1 (full 0):
garbage-first heap total 196608K, used 9056K [0x00000000f0000000, 0x00000000f0100600, 0x0000000100000000)
region size 1024K, 9 young (9216K), 2 survivors (2048K)
Metaspace used 3492K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
2018-09-24T23:06:02.310+0800: 0.458: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0070126 secs]
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4.2、GC Easy 可視化工具
GC Easy是一款在線的可視化工具，易用、功能強(qiáng)大，網(wǎng)站：
上傳后，點(diǎn)擊“Analyze”按鈕，即可查看報(bào)告。
