JVM基础 - GC篇-CFANZ编程社区

HotSpot 垃圾回收器

全网最硬核 JVM TLAB 分析
 HotSpot虚拟机垃圾收集优化指南
垃圾回收的第一步，就是找出活跃的对象。根据 GC Roots 遍历所有的可达对象，这个过程，就叫作标记。标记完成后，把其他不活跃的对象判定为垃圾，然后删除。所以垃圾回收只与活跃的对象有关，和堆的大小无关。

JVM GC可以分为:

Minor GC：发生在年轻代的 GC。
Major GC：发生在老年代的 GC。
Full GC：全堆垃圾回收。比如 Metaspace 区引起年轻代和老年代的回收。

年轻代垃圾回收器

Serial 垃圾收集器: 单线程处理 GC ，使用复制算法, 回收的过程中暂停一切用户线程
ParNew 垃圾收集器: 多线程处理 GC ，回收的过程中暂停一切用户线程
Parallel Scavenge 垃圾收集器: 另一个多线程版本的垃圾回收器, 追求 CPU 吞吐量, 适合弱交互强计算

老年代垃圾回收器

老年代的对象存活率一般是比较高的, 空间又比较大使用复制算法不划算, 所以一般使用“标记-清除”、“标记-整理”算法，采取就地收集的方式。

Serial Old 垃圾收集器: Serial收集器的老年代版本，单线程, 使用标记-整理算法。
Parallel Old 垃圾收集器: Parallel Old 收集器是 Parallel Scavenge 的老年代版本，追求 CPU 吞吐量。
CMS 垃圾收集器: CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是以获取最短 GC 停顿时间为目标的收集器，它在垃圾收集时使得用户线程和 GC 线程能够并发执行，因此在垃圾收集过程中用户也不会感到明显的卡顿。从后续更高版本的JDK版本提示来看, CMS 垃圾回收器逐步被G1 等垃圾回收器取代掉。
G1、ZGC 垃圾收集器: 启动参数添加-XX:+UseG1GC, -XX:+UseZGC

TLAB(Thread Local Allocation Buffer)

查看GC配置信息

通过-XX:+PrintCommandLineFlags参数，可以查看当前 Java 版本默认使用的垃圾回收器-XX:InitialHeapSize=126596288 -XX:MaxHeapSize=2025540608 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC

JDK1.8默认使用UseParallelGC, 由ParallelScavenge(年轻代) + ParallelOld(老年代)组成, 可通过自带的工具jmc查看相关信息, 启用飞行记录器在JVM启动时需要添加参数-XX:+UnlockCommercialFeatures -XX:+FlightRecorder

CMS垃圾回收器

把遍历对象图过程中遇到的对象，按“是否访问过”这个条件标记成以下三种颜色(三色标记):

白色：尚未被GC访问过的对象，如果全部标记已完成依旧为白色的，称为不可达对象，既垃圾对象。
黑色：本对象已经被GC访问过，且本对象的子引用对象也已经被访问过了。
灰色：本对象已访问过，但是本对象的子引用对象还没有被访问过，全部访问完会变成黑色，属于中间态。

步骤:

初始标记 -> 并发标记 -> 并发预清理 -> 可中止的并发预清理 -> 重新标记 -> 并发清理 -> 并发重置

也可以简化理解为四个阶段: 初始标记->并发标记->重新标记->并发清理. 有两个阶段会发生stop-the-world(初始标记和重新标记阶段)，其他阶段都是并发执行的。

G1垃圾回收器

HotSpot虚拟机垃圾收集调优指南-第九章

G1 的回收过程主要分为 3 类：

G1“年轻代”的垃圾回收，同样叫 Minor GC，这个过程和我们前面描述的类似，发生时机就是 Eden 区满的时候。
老年代的垃圾收集，严格上来说其实不算是收集，它是一个“并发标记”的过程，顺便清理了一点点对象。
真正的清理，发生在“混合模式”，它不止清理年轻代，还会将老年代的一部分区域进行清理。

简单来说, 就是原本内存连续的堆切分成了均等大小的名字叫作小堆区（Region）, Region的大小1M 到 32M 字节之间的一个 2 的幂值数。小堆区可以是 Eden 区，也可以是 Survivor 区，还可以是 Old 区。所以 G1 的年轻代和老年代的概念都是逻辑上的. 垃圾最多的小堆区，会被优先收集。这就是 G1 名字的由来

步骤

初始标记->Root 区扫描（Root Region Scan）->并发标记->重新标记->清理阶段

G1的过程和 CMS 垃圾回收器的回收过程非常类似，初始标记和重新标记阶段也是STW

并发标记: 这个阶段从 GC Roots 开始对 heap 中的对象标记，标记线程与应用程序线程并行执行，并且收集各个 Region 的存活对象信息。
清理阶段: 如果发现 Region 里全是垃圾，在这个阶段会立马被清除掉。不全是垃圾的 Region，并不会被立马处理，它会在 Mixed GC 阶段，进行收集。

CSet

全称是 Collection Set，即收集集合，保存一次 GC 中将执行垃圾回收的区间（Region）。GC 是在 CSet 中的所有存活数据（Live Data）都会被转移。

SATB 算法

全称是 Snapshot At The Beginning，它作用是保证在并发标记阶段的正确性。

这个快照是逻辑上的，主要是有几个指针，将 Region 分成个多个区段。如图所示，并发标记期间分配的对象，都会在 next TAMS 和 top 之间。

RSet

RSet 是一个空间换时间的数据结构。RSet 的功能与卡表（Card Table）类似，它的全称是 Remembered Set，用于记录和维护 Region 之间的对象引用关系。RSet 记录了其他 Region 中的对象引用本 Region 中对象的关系，属于 points-into 结构（谁引用了我的对象），有点倒排索引的味道。

混合回收（Mixed GC）

能并发清理老年代中的整个整个的小堆区是一种最优情形。混合收集过程，不只清理年轻代，还会将一部分老年代区域也加入到 CSet 中。

ZGC垃圾回收器

所以垃圾回收器本身的优化和升级，从来都没有停止过。最新的 ZGC 垃圾回收器，
就有 3 个令人振奋的 Flag：

停顿时间不会超过 10ms；
停顿时间不会随着堆的增大而增大（不管多大的堆都能保持在 10ms 以下）；
可支持几百 M，甚至几 T 的堆大小（最大支持 4T）。

内存回收算法

复制算法（Copy）:复制算法是所有算法里面效率最高的，缺点是会造成一定的空间浪费。
标记-清除（Mark-Sweep）:效率一般，缺点是会造成内存碎片问题。
标记-整理（Mark-Compact）:效率比前两者要差，但没有空间浪费，也消除了内存碎片问题。
所以，没有最优的算法，只有最合适的算法。

卡片标记（card marking）

该技术解决老年代到新生代的跨代引用问题。具体是，使用卡表（Card Table）和写屏障（Write Barrier）来进行标记并加快对GC Roots的扫描, 老年代是被分成众多的卡页（card page）的（一般数量是 2 的次幂）。卡表（Card Table）就是用于标记卡页状态的一个集合，每个卡表项对应一个卡页。

在进行 Minor GC 时, 只需要扫描由Dirty标记的区域(老年代引用了新生代对象的区域)即可, 大大加快了扫描的速度, 使GC停顿的时间减少