JVM垃圾回收器理论分析与详解【纯理论】

继续上次【https://www.cnblogs.com/webor2006/p/10740084.html】的理论继续。。有点吐血的感觉，都不知道学了这么一大堆理论有何实际意义，本身JVM就是个理论体系比较多的东东，所以理论不得不去面对，继续硬着头皮往前进。

内存结构

这个在之前的学习中都已经学习过了，复习一下。

内存分配

• 堆上分配
  大多数情况在eden【年轻代中的一个区域】上分配，偶尔会直接在old【老年代】上分配，细节取决于GC的实现。
• 栈上分配
  原子类型的局部变量。

内存回收

1、GC要做的是将那些dead的对象所占用的内存回收掉。

• Hotspot认为没有引用的对象是dead的。
• Hotspot将引用分为四种：Strong【强引用】、Soft【软引用】、Weak【弱引用】、Phantom【虚引用】，这是大伙熟知的。
  1、Strong既默认通过Object o = new Object()这种方式赋值的引用。
  2、Soft、Weak、Phantom这三种则是继续Reference。

2、在Full GC时会对Reference类型的引用进行特殊处理。

• Soft：内存不够时一定会被GC、长期不用也会被GC。
• Weak：一定会被GC，当被mark为dead，会在ReferenceQueue中通知。
• Phantom：本来就没引用，当从jvm heap中释放时会通知。

以上的概念会在未来举例进行代码说明的，先有个印象。

垃圾收集算法

以上是一些比较经典的垃圾收集算法，下面会逐个进行说明。

GC的时机

1、在分代模型的基础上，GC从时机上分为两种：Scavenge GC和Full GC。

2、Scavenge GC（Minor GC）

• 触发时机：新对象生成时，Eden空间满了。
• 理论上Eden区大多数对象会在Scavenge GC回收，复制算法的执行效率会很高，Scavenge GC时间比较短。

3、Full GC【这个在实际中一定得要避免】

• 对整个JVM进行整理，包括Young、Old和Perm。
• 主要的触发时机：1）Old满了；2）Perm满了；3）system.gc()
• 效率很低，尽量减少Full GC。

垃圾回收器(Garbage Collector)

• 分代模型：GC的宏观愿景。
• 垃圾回收器：GC的具体实现。
• Hotspot JVM提供多种垃圾回收器，我们需要根据具体应用的需要采用不同的回收器。
• 没有万能的垃圾回收器，每种垃圾回收器都有自己的适用场景。

垃圾收集器的“并行”和“并发”

• 并行（Parallel）:指多个收集器的线程同时工作，但是用户线程处于等待状态。
• 并发（Concurrent）:指收集器在工作时同时，可以允许用户线程工作。
  并发不代表解决了GC停顿的问题，在关键的步骤还是要停顿。比如在收集器标记垃圾的时候。但在清除垃圾的时候，用户线程可以和GC线程并发执行。 

Serial收集器

• 单线程收集器，收集时会暂停所有工作线程（Stop The World，简单STW），使用复制收集算法，虚拟机运行在Client模式时的默认新生代会采用此收集器。
• 最早的收集器，单线程进行GC。
• New和Old Generation都可以使用。
• 在新生代，采用复制算法：在老年代，采用Mark-Compact算法。
• 因为是单线程GC，没有多线程切换的额外开销，简单实用。
• Hotspot Client模式缺省的的收集器
  

  如图中出现了一个词：“Safepoint”，安全点，在之后会举具体的实例来说明安全点的作用。

ParNew收集器

• ParNew收集器就是Serial的多线程版本，除了使用多个收集线程外，其余行为包括算法、STW、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器一模一样。
• 对应的这种收集器是虚拟机运行在Server模式的默认新生代收集器，在单CPU的环境中，ParNew收集器并不会比Serial收集器有更好的效果。
• Serial收集器在新生代的多线程版本。
• 使用复制算法（因为针对新生代）。
• 只有在多CPU的环境下，效率才会比Serial收集器高。
• 可以通过-XX:ParallelGCThreads来控制GC线程数的多少。需要结合具体CPU的个数。
• Server模式下新生代的缺省收集器。

Parallel Scavenge收集器

•  Parallel Scavenge收集器也是一个多线程收集器，也是使用复制算法，但它的对象分配规则与回收策略都与ParNew收集器有所不同，它是以吞吐量最大化（既GC时间占总运行时间最小）为目标的收集器实现，它允许较长时间的STW换取总吞吐量最大化。

Serial Old收集器

•  Serial Old是单线程收集器，使用标记-整理算法，是老年代的收集器。

Parallel Old收集器

• 老年代版本吞吐量优先收集器，使用多线程和标记一整理算法，JVM1.6提供，在此之前，新生代使用了PS收集器的话，老年代除Serial Old外别无选择，因为PS无法与CMS收集器配合工作。【了解既可】
• Parallel Scavenge在老年代的实现
• 在JVM1.6才出现Parallel Old
• 采用多线程，Mark-Compact算法
• 更注重吞吐量
• Parallel Scavenge + Parallel Old = 高吞吐量，但GC停顿可能不理想
  

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器【特别复杂的一种收集器】

• CMS是一种以最短停顿时间为目标的收集器，使用CMS并不能达到GC效率最高（总体GC时间最小），但它能尽可能降低GC时服务的停顿时间，CMS收集器使用的是标记-清除算法。
• 追求最短停顿时间，非常适合Web应用。
• 只针对老年区，一般结合ParNew使用。
• Concurrent，GC线程和用户线程并发工作（尽量并发）。
• Mark-Sweep。
• 只有在多CPU环境下才有意义 。
• 使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打开。
• CMS以牺牲CPU资源的代价来减少用户线程的停顿。当CPU个数少于4的时候，有可能对吞吐量影响非常大。
• CMS在并发清理的过程中，用户线程还在跑。这时候需要预留一部分空间给用户线程。
• CMS用Mark-Sweep，会带来碎片问题。碎片过多的时候会容易频繁触发Full GC。

GC垃圾收集器的JVM参数定义

Java内存泄漏的经典原因

1、对象定义在错误的范围（Wrong Scope）。

• 如果Foo实例对象的生命较长，会导致临时性内存泄漏。（这里的names变量其实只是临时作用）
  
• JVM喜欢生命周期短的对象，这样做已经足够高效【调整】
  

  这样一改之后，只要是doIt()方法一结束names的临时变量就立马会被回收。

2、异常（Exception）处理不当。

• 错误的做法
  
  对于有经验的程序员应该不会出现上面的问题，但是这里只是抛出泄漏的场景。
• 正确的做法
  

3、集合数据管理不当。

• 当使用Array-based的数据结构（ArrayList，HashMap等）时，尽量减少resize：
  a、比如new ArrayList时，尽量估算size，在创建的时候把size确定。
  b、减少resize可以避免没有必要的array copying，gc碎片等问题。
• 如果一个List只需要顺序访问，不需要随机访问（Random Access）,用LinkedList代替ArrayList
  a、LInkedList本质是链表，不需要resize，但只适用于顺序访问。

以上是对JVM垃圾回收相关理论的整体了解，说实话看完其实头晕晕的，没关系，接下来则会用实践来反证理论。