05、GC基础知识

news2024/12/16 14:01:18

JVM程序在跑起来之后，在数据的交互过程中，就会有一些数据是过期不用的，这些数据可以看做是垃圾，JVM中，这些垃圾是不用开发者管的，它自己会有一套垃圾回收系统自动回收这些内存垃圾，以备后面继续使用。这就是JVM的GC系统。GC这块知识很多，这篇文章主要是了解下它的基本知识点
1、如何定位垃圾
2、GC的回收算法
3、GC的内存分代模型

1、如何定位垃圾

引用计数法：它的核心思想是，没有引用指向的内存区域是垃圾区域，GC可以回收这个区域。具体的做法是，每当有引用指向这个对象，它对应的计数就+1，当有引用取消了对它的指向就-1，如果计数为0的时候，它就会被GC自动回收。
- 它的问题：引用计数法如果碰到循环引用的垃圾，就会失效。比如a引用b，b也引用a，但是他们整体的引用在程序中已经释放掉了，但是由于它们互相引用，引用计数永远不可能为0，所有它们永远不会被回收。
- 它的解决方案是如下的“根可达算法”来解决
根可达算法：它的核心思想是，如果一个对象没有根对象直接或间接的指向它，那它就是垃圾。具体的是要弄清楚哪些是属于根对象
- 根对象：
  - JVM Stacks里的对象（线程栈变量）
  - Native Method Stack（本地方法栈的对象）
  - Run-time Constant Pool（常量池里的对象）
  - Static Refercens In Method Area（方法区的静态对象）
  程序跑起来也就是main函数跑起来之后，它里面需要用到的对象都算是根对象，如线程栈变量和本地方法栈变量，然后就是用Static申请的对象，如果是字符串类型那就是常量池数据，如果是静态的引用那就是方法区的对象，这些算是根对象。它们直接或是间接引用的对象都不能算是垃圾。

2、GC回收算法

标记清楚算法
- 具体实现：第一阶段根据GCRoot规则把存活对象进行标记，第二阶段会清楚掉没有标记的对象
- 特点：根据它的工作特点可以发现，清除之后留下来的内存不连续，会产生内存碎片。需要经过两次扫描，效率低
- 使用场景：适用于对象存活时间长的情况，不如old区
拷贝算法
- 具体实现：首先把内存区域分为两部分A,B区域，一部分空置着（比如B区），等另外一部分（A区）满了之后，直接把A区存活对象复制到B区，然后把A区数据全部清除
- 特点：内存位置连续，无碎片化，扫描一次即可，但是需要移动和复制内存对象，且浪费空间，有效利用率只有50%
- 使用场景：适用于对象存活时间短的场景，比如年轻代的from区和to区
标记压缩算法
具体实现：它跟标记清楚算法类似，都需要经过两次扫描，不一样的是，第二阶段并不是删除未标记对象，而是把标记对象压缩到内存的一端，之后清理掉其他的空间
特点：位置连续，没有碎片，内存的利用率也很高，但也是需要两次扫描且需要把对象移动到头部，效率偏低
使用场景：适用于对象存活时间较长的情况，比如old区

3、GC内存分代模型

3.1、常见的GC，以及他们之间的组合

GC类型

Serial系列的GC是最早版本的，它都是单线程串行回收垃圾，一般针对几十兆内存的机器

Serial：底层用的是复制算法+单线程，用于年轻代回收
Serial Old：底层用的是标记压缩算法+但线程，用于老年代回收

PS+PO算法是JDK1.8版本以及之前版本默认的GC，他们都是并行回收的，一般能回收几个G的内存数据

Parallel Scavenge：拷贝算法+并行，用于年轻代
Parallel Old：标记清除算法+并行，用于老年代

PN+CMS算法是较新的一种组合，它们是期望用于更大内存的回收，其中PN算法是配合CMS对年轻代回收的一种算法

ParNew：拷贝算法+并行计算
CMS：三色标记算法+并行计算
G1，ZGC，Shenandoah：这些都是新一代的GC，后面会具体篇幅专门介绍。

3.2、GC的分代模型

Serial系列，Parallel Scavenge，Parallel Old，ParNew，CMS，这些都是逻辑和物理上都是进行分代的，G1是逻辑上分代，但是物理上是不分代的，之后的GC如ZGC，Shenandoah他们逻辑和物理上都不分代。如果分代的话，一般分为年轻代和老年代，他们默认的占比是New:Old=1:2