JVM中的垃圾回收主要围绕三个问题展开

  • 哪些对象需要回收？
  • 什么时机回收？
  • 如何回收？

本文将就这三方面进行讨论

1、哪些对象需要回收

1.1 分代模型

上图是我们熟知的分代模型，这里有一个问题，为什么要建立这样一个分代模型？

笔者认为因为我们的日常的系统中会不断生产大量的对象，其中主要包括两种类型：快速消亡和长期存在；那么不同类型的对象根据其特性需要采取不同的回收策略，因此用新生代和老年代区分。

1.2 如何判断对象是垃圾对象

  • 计数器引用法

就是给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用这个对象时，计数器值加1，每当一个引用失效时，计数器减1，任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。在java虚拟机中，并没有使用这个算法来管理内存，其中最主要的原因就是它很难解决对象之间循环引用的问题。

  • 可达性分析算法

基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明对象是不可用的，

GCroots对象

  1. 虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象 ；
  2. 方法区中的类静态属性引用的对象 ；
  3. 方法区中的常量引用的对象 ；
  4. 本地方法栈中的引用的对象；

2、 垃圾回收算法

2.1 标记清除算法

  • 触发垃圾回收时，直接标记出待回收对象，随后将其清除。

标记清除算法有何弊端呢？

如上图所示，随着垃圾对象被清除，可用空间东一个西一个，显得十分凌乱，造成了大量的内存碎片。继而造成内存浪费，同时在分配大对象时，很可能因为找不到连续的内存空间，频繁触发垃圾回收。

2.2 复制算法

在认识到标记清除算法的弊端以后，我们明确了优化的路线：在垃圾回收以后避免造成大量的"内存碎片"。

  • 首先将新生代内存分为两块区域，一块用于存储对象，另一块为空白内存，当触发垃圾回收时，对存活对象进行标记，并将其复制到空白区域并紧凑地排列，并将原来的区域一扫而空。两块区域就这么循环使用。

复制算法有什么弊端呢？

显然如果新生代内存设为1个G，那么实际可用内存只有512M，触发垃圾回收的时间缩短了一半，内存利用率太低。

2.3 复制算法的优化

根据上述复制算法的弊端，我们明确了优化的目标：需要提高内存的利用率。

其实绝大多数的对象都是存活周期非常短的对象，假设一次垃圾回收，存活的对象不到1%，我们根本不需要50%的空间来存储它们。

  • 如图所示，将新生代内存分为三块，1个Eden区+2个survivor区，当Eden区和survivor1区内存占满后触发垃圾回收，将存活对象复制到survivor2区中，然后将Eden区和survivor1区清扫干净，此时survivor1和survivo2循环使用。此时我们可以发现只有10%的内存是闲置的，大大提高了内存的使用效率。

此时我们可能会疑惑，当survivor区的对象堆满了放不下了，或者来一个超大对象survivor区放不下，在这种情况我们如何处理，因此后面将介绍新生代对象是如何晋升到老年代的。

2.4 标记整理算法（老年代）

规则如下：

先标记老年代中的幸存对象，将其紧凑地排列至一侧，然后统一回收垃圾对象。然而老年代的回收速度比新生代的垃圾回收速度慢10倍。

3、老年代的晋升策略

3.1 年龄阈值判断法

在系统运行过程中总有一些对象是长期存在的，这些对象每次躲过一次minorGC，就假定它的年龄+1，在默认情况下：

当对象的年龄达到15岁时，也就是躲过了15次GC过后，该对象就被转移到老年代。

JVM参数：“-XX:MaxTenuringThreshold”

思考

比如我们程序中的Controller和Service对象都是长期存在的对象，其实它们本来就应该待在老年区，有什么办法可以让他们尽快地进入老年代呢？

3.2 动态年龄判断法

动态年龄判断法的规则如下：

将survivor区的一半作为容量阈值，一旦survivor区的容量超过了50%（可设置阈值比例），就将年龄的最大的家伙赶到老年代去，这样就可以尽可能早地让长期存在的对象进入老年代。

3.3 大对象直接进入老年代

规则如下：

可以设置新生代对象的最大占用内存，一旦超过就会被移入到老年代，这样可以避免大对象频繁躲过minorGC，造成大对象被不停地倒来倒去，浪费时间。

3.4 survivor区超载

规则如下：

 

随着时间的推移，新生代的幸存对象大于survivor区的容量大小，此时这些对象直接转移到老年代去了。

为什么老年代不采用复制算法?

因为老年代的存活对象通常比较多，如果采用复制算法，每次都移动大量对象，效率较慢。

3.5 老年代空间不足

如果随着新生代的幸存对象，不断进入老年代，老年代的对象越来越多，出现了老年代剩余空间无法存放新生代新晋升的对象。

规则如下：

1、当老年代剩余内存>新生代对象，则放心大胆地进行minorGC，因为即使GC过后没有回收任何垃圾，老年代也足以存放新生代的幸存对象。

2、当老年代剩余内存<新生代对象，这时候需要看 “HandlePromotionFailure”参数是否设置，如果设置了那么

会判断老年代剩余空间是否大于之前minorGC后进入老年代对象的平均大小。

3、如果大于平均大小则进行minorGC。

4、如果没有设置担保策略，或者剩余空间小于平均大小，则触发Full GC，然后再执行Minor GC。

5、在设置担保策略后，进行一次minor GC，此时会出现三种可能性：（1）minorGC过后幸存对象小于survivor区的大小，此时皆大欢喜，直接进入survivor区；（2）monorGC过后大于survivor区，但是小于老年带的剩余空间，直接进入老年代；（3）minorGC过后既大于survivor区又大于老年代剩余空间，这时候会触发FullGC

6、如果fullGC过后，仍然没有足够的空间存放剩余对象，就会导致OOM

总结

本文主要讨论了以下三点：

1、JVM的分代模型以及垃圾对象的判定方法

2、四种垃圾回收算法的演进及适用场景

3、老年代的5种晋升策略

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