精华推荐 | [JVM深层系列]「GC底层调优系列」一文带你彻底加强夯实底层原理之GC垃圾回收技术的分析指南(GC原理透析)

前提介绍

什么是垃圾收集（GC

在JVM领域中GC（Garbage Collection）翻译为 “垃圾收集“，Garbage Collector翻译为 “垃圾收集器”。

分代模型(Generational Model

大部分对象很快就不再使用

还有一部分不会立即无用，但也不会持续(太长时间

这形成了分代数据模型。基于这一结构, VM中的内存被分为年轻代(Young Generation和老年代(Old Generation，老年代有时候也称为年老区(Tenured。如下所示。

分代模型出现问题

在不同分代中的对象可能会互相引用, 在收集某一个分代时就会成为 “事实上的” GC root。当然，要着重强调的是，分代假设并不适用于所有程序。

分代模型适合场景

新生代(Eden,伊甸园

卡片标记

JVM只需要记住Eden区中 “脏”对象的粗略位置，可能有老年代的对象引用指向这部分区间。

存活区(Survivor Spaces

此外GC会跟踪记录每个存活区对象存活的次数，每次分代GC完成后，存活对象的年龄就会+1。当年龄超过提升阈值(tenuring threshold，就会被提升到老年代区域。

MaxTenuringThreshold的判定

-XX:+MaxTenuringThreshold来指定上限。如果设置 -XX:+MaxTenuringThreshold=0 , 则GC时存活对象不在存活区之间复制，直接提升到老年代。现代 JVM 中这个阈值默认设置为15个GC周期。这也是HotSpot中的最大值。

老年代(Old Generation

老年代GC发生的频率比年轻代小很多。同时, 因为预期老年代中的对象大部分是存活的, 所以不再使用标记和复制(Mark and Copy算法。而是采用移动对象的方式来实现最小化内存碎片。老年代空间的清理算法通常是建立在不同的基础上的。原则上,会执行以下这些步骤:

删除所有不可达对象
整理老年代空间中的内容，方法是将所有的存活对象复制,从老年代空间开始的地方,依次存放。

永久代(PermGen

Java8之前有一个特殊的空间，称为“永久代”(Permanent Generation。

元数据区(Metaspace

常见的垃圾回收思想的误区

在我们的日常生活中垃圾收集主要就是找到垃圾并进行清理，这与我们JVM的运作机制恰恰相反，JVM中的垃圾收集器跟踪和标记所有正在使用的对象，并把其余部分的对象当做垃圾对象。

标记可用对象，而不是垃圾对象。常常会有人吧这两者理解错误和混乱。

常见的垃圾回收类型

垃圾回收类型主要是通过回收的范围进行界定和划分。具体的JVM回收区域如下图所示。

Java8之前

Java8之后

Major GC：老年代垃圾回收机制，属于重量级GC，主要面向于老年代区域的垃圾对象进行回收。
Full GC：完全化GC，属于全量极GC，大致角度而言Major GC和Full GC差不多，其实具体分析，FullGC的范围是面向于整体的Heap堆内存。

GC的优点和缺点（GC Benefits/Cost）

好处

内存管理与程序设计的解耦
调试内存错误所花费的时间更少
悬挂程序点/内存泄漏不会发生

注意：Java程序没有内存泄漏；“不意味着对象存储地址”更准确）

坏处

CPU/内存利用率

Minor GC

年轻代内存的垃圾收集称为Minor GC。那什么时候会触发MinorG以及出发MinorGC得我条件是什么？

触发MinorGC的时机

MinorGC回收的瓶颈

Eden区的对象基本上都是垃圾，也不怎么复制到Survior区/老年代。如果情况不是这样, 大部分新创建的对象不能被垃圾回收清理掉，则 Minor GC的停顿就会持续更长的时间。

MinorGC回收的范围

主要是面向于老年代到年轻代的所引用的对象范围，例如，它会将从老年代指向年轻代的引用都被认为是GC Root，（而从年轻代指向老年代的引用在标记阶段全部被忽略）。

主要面向的是Survior区之间的相互引用，此种场景的生命周期较短，属于年轻代之内的对象之间的引用关系。

Major GC vs Full GC

Major GC清理的是老年代空间(Old space，MajorGC是由Minor GC触发的，所以很多情况下这两者是不可分离的，G1这样的垃圾收集算法执行的是部分区域垃圾回收。

Minor GC、MajorGC和FullGC执行效果

大部分情况下，发生在年轻代的Minor GC次数会很多，会引起STW，也就是全局化暂停执行业务线程的行为，但是时间很短（几乎可以忽略不计）。而Major GC和Full GC也会造成全局化暂停的效果。所以一般情况下尽可能减少MajorGC和FullGC是什么必要的，但是也不能“一棒子打死一船人”。必要的时候还是需要触发少量几次Major GC以及FullGC，进而释放一些RSS常驻内存。

垃圾收集(GC的原理

自动内存管理(Automated Memory Management

引用计数(Reference Counting

共享指针方式的引用计数法，可以应用到所有对象。许多语言都采用这种方法，包括 Perl、Python 和 PHP 等。下图很好地展示了这种方式：

这里指的不是全部）集中在于当前正在执行的方法中的局部变量或者是静态变量等。在这里主要我指的是Java。

蓝色的圆圈表示可以引用到的对象，里面的数字就是被引用计数器

灰色的圆圈是各个作用域都不再引用的对象，可以被认为是垃圾，随时会被垃圾收集器清理。

循环引用（detached cycle）的问题

红色线路和红色圆圈对象实际上属于垃圾引用以及垃圾对象，但由于引用计数的局限，所以存在内存泄漏，永远都无法进行回收该区域的对象内存。

循环引用（detached cycle）的解决方案

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