目錄1 垃圾回收算法1-1 標(biāo)記清除算法算法概述算法思想1-2 標(biāo)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(duì)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?jī)?yōu)先的垃圾回收器2-4 響應(yīng)時(shí)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(jī)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(biāo)記清理回收器CMS：垃圾回收器可以和應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行，降低暫停用戶線程執(zhí)行的時(shí)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(shí)候能滿足特定的暫停應(yīng)用程序的時(shí)間，與CMS相比會(huì)有更少的內(nèi)存碎片

1 垃圾回收算法1-1 標(biāo)記清除算法算法概述

優(yōu)點(diǎn)：回收速度快

缺點(diǎn)：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(rèn)使用的垃圾回收器是ParallelGC，從Java9開始G1作為了默認(rèn)的垃圾回收器

step1: 第一次掃描，通過GC root對(duì)象判斷堆內(nèi)存中哪些對(duì)象可以進(jìn)行垃圾回收，進(jìn)行標(biāo)記。 step2: 第二次掃描， 將那些標(biāo)記的GC root對(duì)象進(jìn)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(biāo)記整理算法

第一個(gè)依舊是標(biāo)記，第二步會(huì)進(jìn)行一個(gè)空間整理，從而不產(chǎn)生碎片。

優(yōu)點(diǎn)：避免了內(nèi)存碎片

缺點(diǎn)：對(duì)空間的整理使得效率比較低下。

1-3 復(fù)制算法

特點(diǎn)：

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(duì)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(diǎn)：不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片

缺點(diǎn)：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(shí)間。

1-4 三種垃圾回收算法總結(jié)

垃圾回收算法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 標(biāo)記清除算法(Mark Sweep) 速度較快 產(chǎn)生內(nèi)存碎片 標(biāo)記整理算法(Mark Compact) 沒有內(nèi)存碎片 速度慢 復(fù)制算法(Copy) 沒有內(nèi)存碎片 需要占用雙倍內(nèi)存空間

注意：實(shí)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(huì)存放數(shù)目，幸存區(qū)to只有垃圾回收時(shí)，復(fù)制對(duì)象會(huì)用到。堆內(nèi)存的新生代進(jìn)行一次垃圾回收（Minor GC），大部分對(duì)象都會(huì)都會(huì)被回收。

老年代通常存放一些經(jīng)常被使用的對(duì)象，一個(gè)對(duì)象如果經(jīng)歷多次垃圾回收仍然幸存，那么該對(duì)象會(huì)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(shí)候才會(huì)觸發(fā)full GC對(duì)老年代的對(duì)象進(jìn)行垃圾回收。

為什么需要進(jìn)行劃分？

實(shí)際環(huán)境中，對(duì)象的生命周期是不同的，老年代的對(duì)象生命周期比較長，可能很長時(shí)間才進(jìn)行一次垃圾回收。新生代的對(duì)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(jìn)行垃圾回收。

2-2 分代垃圾回收示例

step1:程序剛剛開始運(yùn)行，產(chǎn)生的對(duì)象先放入Eden區(qū)，當(dāng)Eden區(qū)放不下的時(shí)候。

step2:對(duì)Eden區(qū)進(jìn)行Minor GC,并將沒有被垃圾回收的對(duì)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(duì)象使用，經(jīng)過一段時(shí)間Eden又不夠用了，觸發(fā)第二次Minor GC, 這次垃圾會(huì)檢查Eden區(qū)以及幸存區(qū)From哪些對(duì)象可以存活，并將這些對(duì)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(gè)時(shí)候Eden區(qū)又空了出來，可以放置新的對(duì)象。

實(shí)際垃圾回收過程中，JVM會(huì)對(duì)每個(gè)對(duì)象經(jīng)過垃圾回收幸存下來的次數(shù)進(jìn)行記錄，比如上圖中，幸存區(qū)的2個(gè)對(duì)象經(jīng)過垃圾回收的次數(shù)分別是1和2。

step4: 當(dāng)一些對(duì)象經(jīng)過垃圾回收的次數(shù)仍然幸存的次數(shù)達(dá)到一個(gè)閾值（說明這個(gè)對(duì)象價(jià)值比較高），那么這個(gè)對(duì)象會(huì)被移動(dòng)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(shí)會(huì)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(duì)象首先分配在伊甸園區(qū)域

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

minor gc 會(huì)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(yùn)行暫停時(shí)間較短，由于新生代大部分對(duì)象都是垃圾，復(fù)制的對(duì)象很少，所以效率較高

當(dāng)對(duì)象壽命超過閾值時(shí)，會(huì)晉升至老年代，最大壽命是15（4bit，對(duì)象頭存儲(chǔ)）

當(dāng)老年代空間不足，會(huì)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(shí)間更長

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

2-4 垃圾回收相關(guān)的虛擬機(jī)參數(shù)

垃圾回收器概述

參數(shù)含義 參數(shù) 備注 堆初始大小 -Xms堆最大大小 -Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=size新生代大小 -Xmn 或 (-XX:NewSize=size + -XX:MaxNewSize=size ) NewSize是初始大小，MaxNewSize是最大大小。 幸存區(qū)比例（動(dòng)態(tài)） -XX:InitialSurvivorRatio=ratio 和 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 幸存區(qū)的比例，默認(rèn)是8，假設(shè)新生代10M內(nèi)存，8M劃分給Eden區(qū)，剩下的二等分，一份from,一份to。 幸存區(qū)比例 -XX:SurvivorRatio=ratio 動(dòng)態(tài)調(diào)整幸存區(qū)比例 晉升閾值 -XX:MaxTenuringThreshold=threshold 用于動(dòng)態(tài)調(diào)整幸存區(qū)比例 晉升詳情 -XX:+PrintTenuringDistribution 用于動(dòng)態(tài)調(diào)整幸存區(qū)比例 GC詳情 -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc 打印詳情信息 FullGC 前 MinorGC -XX:+ScavengeBeforeFullGC 默認(rèn)在Full GC 前進(jìn)行一次Minor GC 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;//加入Java開發(fā)交流君樣：756584822一起吹水聊天 // -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(gè)垃圾回收器，默認(rèn)的垃圾回收器并不是這個(gè)。 // -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc ：打印詳細(xì)信息 // -XX:-ScavengeBeforeFullGC ：在Full GC 前進(jìn)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(duì)象，系統(tǒng)對(duì)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(jì)算進(jìn)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 //加入Java開發(fā)交流君樣：756584822一起吹水聊天 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(duì)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?qǐng)?zhí)行時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)候，即新生代內(nèi)存放不下的時(shí)候，有時(shí)候會(huì)直接將對(duì)象分配到老年代，或者直接在回收次數(shù)較少(未達(dá)到15次)的情況下，直接將新生代對(duì)象弄到老年代。【資料獲取】

2 垃圾回收器2-1 垃圾回收器概述名稱 特點(diǎn) 適合場(chǎng)景 目標(biāo) 新生代 老年代 串行垃圾回收器 單線程 堆內(nèi)存小，適合個(gè)人電腦（cpu個(gè)數(shù)）采用復(fù)制的垃圾回收算法 采用標(biāo)記+整理的垃圾回收算法 吞吐量?jī)?yōu)先垃圾回收器 多線程 堆內(nèi)存大，多核CPU 并行，讓單位時(shí)間內(nèi)STW的時(shí)間最短 復(fù)制算法 標(biāo)記+拷貝 響應(yīng)時(shí)間優(yōu)先的垃圾回收器（簡(jiǎn)稱CMS） 多線程 堆內(nèi)存大，多核CPU 并發(fā)，盡可能讓單次STW最短 復(fù)制算法 標(biāo)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

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(biāo)記+整理的垃圾回收算法

總結(jié)：觸發(fā)垃圾回收時(shí)，讓多個(gè)線程在一個(gè)安全點(diǎn)停下來，然后使用單線程的垃圾回收器去進(jìn)行垃圾回收，垃圾回收完成后，再讓其他線程運(yùn)行。

2-3 吞吐量?jī)?yōu)先的垃圾回收器

開啟吞吐量?jī)?yōu)先的垃圾回收器的JVM參數(shù)

開啟/關(guān)閉的參數(shù)

默認(rèn)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(biāo)記+拷貝算法。下面選項(xiàng)只要開啟一個(gè)，那么另外一個(gè)也會(huì)開啟。

-XX:+UseParallelGC , -XX:+UseParallelOldGC

開啟自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整新生代的大小，晉升閾值

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy

二個(gè)指標(biāo)調(diào)整的參數(shù)（ParallelGC會(huì)根據(jù)設(shè)定的指標(biāo)去調(diào)整堆的大小到達(dá)下面期望設(shè)定的目標(biāo)）指標(biāo)1）1/（1+ratio） = 垃圾回收的時(shí)間/總的運(yùn)行時(shí)間

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

-XX:GCTimeRatio=ratio

指標(biāo)2）每次垃圾回收的時(shí)間限制（ 最大暫停的毫秒數(shù)）

默認(rèn)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(shí)間

-XX:MaxGCPauseMillis=ms

總結(jié)：顯然指標(biāo)1）與指標(biāo)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(jìn)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(jìn)行設(shè)置。在垃圾回收階段，并行的垃圾回收線程會(huì)充分占用CPU。在非垃圾回收階段，用戶線程會(huì)充分利用CPU資源。

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

缺點(diǎn)：采用的標(biāo)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(shí)間變長。

開啟的JVM參數(shù)

注意這個(gè)是并發(fā)的采用標(biāo)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(jìn)行垃圾回收的同時(shí)運(yùn)行其他非垃圾回收線程（也存在時(shí)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(huì)出現(xiàn)失敗的情況，這時(shí)老年代垃圾回收器會(huì)退化成單線程的垃圾回收器(SerialOld)

-XX:+UseConcMarkSweepGC // use concurrent mark sweep（會(huì)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(dòng)垃圾-XX:+CMSScavengeBeforeRemark// 在重新標(biāo)記前，對(duì)新生代進(jìn)行垃圾回收，減少并發(fā)清理的垃圾對(duì)象，+開啟，-關(guān)閉

浮動(dòng)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(huì)進(jìn)行一個(gè)初始標(biāo)記動(dòng)作（初始標(biāo)記需要STW即阻塞非垃圾回收線程），初始標(biāo)記只標(biāo)記根對(duì)象，所以速度非常快，暫停時(shí)間也非常短。 step3:完成初始標(biāo)記后，之前阻塞的線程又可以運(yùn)行了，這個(gè)時(shí)候垃圾回收線程進(jìn)行并發(fā)標(biāo)記。 step4:并發(fā)標(biāo)記結(jié)束后，需要再次阻塞非垃圾回收線程，進(jìn)行一個(gè)所謂的重新標(biāo)記， step5:重新標(biāo)記完成后，阻塞的線程又可以運(yùn)行了。垃圾回收線程也并發(fā)的清理垃圾對(duì)象。總結(jié)：

初始標(biāo)記與重新標(biāo)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(huì)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(huì)受到垃圾回收的明顯影響(相比較其他垃圾回收器，STW時(shí)間只需要進(jìn)行初始標(biāo)記與重新標(biāo)記，并且能夠不阻塞其他線程進(jìn)行垃圾的標(biāo)記與清除)。

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