java垃圾回收机制分类整理

一、确定垃圾

1.1引用计数法

引用和对象是有关联的、如果要操作对象则必须用引用进行。因此，很显然一个简单的办法是通过引用计数来判断一个对象是否可以回收。简单说，即一个对象如果没有任何与之关联的引用，即他们的引用计数都不为 0，则说明对象不太可能再被用到，那么这个对象就是可回收对象。

1.2可达行分析（GCRoot）

为了解决引用计数法的循环引用问题，Java 使用了可达性分析的方法。通过一系列的“GC roots”

对象作为起点搜索。如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。判断类似树形结构从根节点至某一节点有无可达路径。

二、相关垃圾回收算法

2.1标记清除法

对内存中需要回收的对象，第一次进行标记，第二次进行清除。

注意：算法最大的缺点是内存碎片化严重

2.2复制算法(优化后针对年轻代，剩余存活情况较少)

将可用内存空间等比例分成两份，每次只使用一份，需要回收时将剩余对象复制到另一块内存空间中并整理，将前一块内存空间全部清理掉。

注意：实现简单，内存效率高，但可用内存只有原有的一半，在存活对象较多的情况下需要较多的复制操作。

2.3标记整理算法（针对老年代）

与标记清除算法类似，按标记清除法的方式进行标记，标记完成后将存活的对象移动到一端，然后清除边界以外的内存空间。

2.4分代收集算法

根据不同的分代选用不同的算法是目前大部分 JVM 所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域，一般情况下将 GC 堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(YoungGeneration)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃

圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

2.5分区收集算法

分区算法则将整个堆空间划分为连续的不同小区间, 每个小区间独立使用, 独立回收. 这样做的好处是可以控制一次回收多少个小区间 , 根据目标停顿时间, 每次合理地回收若干个小区间(而不是整个堆), 从而减少一次 GC 所产生的停顿。实际上不太科学，因为多数无法保证本区引用的对象一定在本区。

三、Hotspot的算法实现

3.1枚举根节点

Hotpot采用枚举根节点的方式，借助oopmap（OopMap 记录了栈上本地变量到堆上对象的引用关系），但是都需逐个检查引用，消耗很多时间。可达性分析必须在一个能确保一致性快照中进行，如果在分析过程中引用关系发生变化，就不满足分析结果的准确性。这一点是导致GC进行时必须停顿（Stop The Wrod）的原因。

3.2安全点SefePoint

Hotpot采用主动式中断思想，当GC需要中断线程的时候，不直接堆线程操作，设置一个标志，线程读到这个标志时就把自己挂起等待。

3.3安全区域SefeRegion

Sefepoint保证了程序执行时能有效的暂停，但是线程没有获得cpu的情况下，就无法读取到安全点。于是引出安全区域。安全区域是指在一段代码中，引用关系不会发生变化。在这个区域的任何地方都是安全的，GC都不会出现问题。在线程执行到安全区域中的代码时，首先标示自己已经进入安全区域（GC过程中是不能离开安全区域的），GC就不用管他。

四、垃圾回收器

GC 的7种垃圾收集器，不同的垃圾收集器作用与不同区域和不同厂家，连线的是可以配合使用的。

4.1Serial 垃圾收集器（单线程、复制算法，Client模式下默认）

Serial 是一个单线程的收集器，它不但只会使用一个 CPU 或一条线程去完成垃圾收集工作，并且在进行垃圾收集的同时，必须暂停其他所有的工作线程，直到垃圾收集结束。

4.2ParNew 垃圾收集器（多线程复制算法，某些JVM在Server模式下默认）

其余的行为和 Serial 收集器完全一样，ParNew 垃圾收集器在垃圾收集过程中同样也要暂停所有其他的工作线程。默认开启与CPU数目相同的线程数，-XX:ParallelGCThreads 参数来限制垃圾收集器的线程数

4.3Parallel Scavenge（多线程复制算法，重点关注吞吐量）

它重点关注的是程序达到一个可控制的吞吐量（Thoughput，CPU 用于运行用户代码的时间/CPU 总消耗时间，即吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)），高吞吐量可以最高效率地利用 CPU 时间，尽快地完成程序的运算任务，主要适用于在后台运算而不需要太多交互的任务。

4.4 Serial Old (单线程标记整理算法）

Serial Old 是 Serial 垃圾收集器年老代版本，它同样是个单线程的收集器，使用标记-整理算法，这个收集器也主要是运行在 Client 默认的 java 虚拟机默认的年老代垃圾收集器。

在 Server 模式下，主要有两个用途：

1. 在 JDK1.5 之前版本中与新生代的 Parallel Scavenge 收集器搭配使用。

2. 作为年老代中使用 CMS 收集器的后备垃圾收集方案

4.5Parallel Old 收集器（多线程标记整理算法）

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge的年老代版本，使用多线程的标记-整理算法，在JDK1.6才开始提供。在 JDK1.6 之前，新生代使用 ParallelScavenge 收集器只能搭配年老代的 Serial Old 收集器，只能保证新生代的吞吐量优先，无法保证整体的吞吐量，Parallel Old 正是为了在年老代同样提供吞吐量优先的垃圾收集器，如果系统对吞吐量要求比较高，可以优先考虑新生代 Parallel Scavenge和年老代 Parallel Old 收集器的搭配策略。

4.6CMS 收集器收集器（多线程标记清除算法）

concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器，其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间，和其他年老代使用标记-整理算法不同，它使用多线程的标记-清除算法。

1.初始标记：

只是标记一下 GC Roots 能直接关联的对象，速度很快，仍然需要暂停所有的工作线程。

2.并发标记：

进行 GC Roots 跟踪的过程，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。

3. 重新标记:

为了修正在并发标记期间，因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记

记录，仍然需要暂停所有的工作线程。

4. 并发清除

清除 GC Roots 不可达对象，和用户线程一起工作，不需要暂停工作线程。由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中，垃圾收集线程可以和用户现在一起并发工作，所以总体上来看CMS 收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行。

4.7G1收集器(1.9中默认收集器)

Garbage first 垃圾收集器是目前垃圾收集器理论发展的最前沿成果，相比与 CMS 收集器，G1 收

集器两个最突出的改进是：

1. 基于标记-整理算法，不产生内存碎片。

2. 可以非常精确控制停顿时间，在不牺牲吞吐量前提下，实现低停顿垃圾回收。

G1 收集器避免全区域垃圾收集，它把堆内存划分为大小固定的几个独立区域，并且跟踪这些区域

的垃圾收集进度，同时在后台维护一个优先级列表，每次根据所允许的收集时间，优先回收垃圾

最多的区域。区域划分和优先级区域回收机制，确保 G1 收集器可以在有限时间获得最高的垃圾收

集效率

五、内存分配策略

1.对象优先在eden区创建

对象优先在eden区创建，如果启动了本地缓存，则按线程优先在tlab上分配。当eden区空间不足时，发起一次MinorGC，较大的对象会直接分配到老年代，程序应避免短命大对象。虚拟机提供-XX:PretenureSizeThreshold令大于这个值的对象直接进入老年代

2.大对象直接进入老年代

3.长期存活的对象将进入老年代，

对象每熬过一次Minor GC就增加一岁，当年龄达到一定的时候（默认15岁），就将会进入老年代。XX:PretenureSizeThreshold可设置。

4.动态对象年龄判断

如果 Survivor空间中相同年龄的对象的大小的总和大于Survivor空间的一半，那么年龄大于等于年龄的对象直接进入老年代，不考虑XX:PretenureSizeThreshold的限制问题。

5.空间分配担保机制

在minorGC前，虚拟机会检查老年大最大可用连续空间是否大于新生代对象总空间，如果条件成立，正常minorGC，如果不成立，判断是否允许担保失败（HandHandleProPromotionFailure），如果允许，进行minorGC，如果不允许，直接进行FullGC；

六、总结

JVM垃圾回收机制无非就是两种，针对新生代采用复制算法，针对老年代采用标记整理算法；G1垃圾回收器采用分区复制算法

原文链接：

https://www.yuque.com/u134302/ylg66z/otyges/edit