JVM垃圾回收机制的学习与分析（二、GC算法）

GC算法

一、Stop The World（STW）

GC是在一个单独的线程，无论JVM用哪种算法，都会存在一个阶段需要停止所有的用户线程，称Stop The World（STW）

二、评价标准

  • 吞吐量 = 执行用户代码时间 /（执行用户代码时间 + GC时间），值越大，性能越高
  • 最大暂停时间：SWT的最大值
  • 堆的使用效率：复制算法只用一半空间

三、标记清除算法Mark Sweep GC

实现：

  • 从GC Root List开始，遍历引用链
  • 找到可达对象，并标记清除没标记的对象

优点：

  • 实现简单，只需给对象维护个标记位

缺点：

  • 导致内存碎片化：从原本连续的内存空间，摘掉一些被回收的，得到一些碎片。
  • 分配速度慢：由于内存碎片化，需要维护一个空闲链表记录可用空间，新对象来了每次都得往后遍历，找出一块合适大小的地儿安置

四、复制算法Copying GC

实现

  • 堆内存一分为二，一半叫From，一半叫To
  • 新对象来了往From安置
  • GC时，把From的存活对象Copy到To
  • 清掉From，From和To名字互换，原来的To做为新的From安置新new的对象
  • （将存活的对象搬运到另一块空间，清理掉当前空间，互换名字）

优点：

  • 解决了内存碎片化：往To搬的时候，按连续地址往过码
  • 吞吐相比下面的标记整理算法要高：只需遍历一次存活对象。但不如标记-清除算法，因为后者不用给对象搬家

缺点：

  • 堆内存使用率低：安置新对象只能用50%的堆空间，另一半得留着To

五、标记整理算法Mark Compact GC

也称标记压缩，用来解决标记清除算法的内存碎片化缺点。

实现：

  • 从GC Root开始，遍历标记可达对象
  • 将可达的存活对象移动到堆的一端，清掉非存活的

优点：

  • 无内存碎片化问题：比标记清除多了一步整理
  • 堆内存利用率比复制算法高

缺点：

  • 理解阶段性能不高，得看整理阶段的实现算法

六、分代算法Generational GC

组合使用了上面的几种算法，被主流使用。分代即把内存分为年轻代和老年代

实现：

  • 新new的对象，安置到堆的年轻代的伊甸园区

  • 伊甸园区满了以后，触发GC，仅是年轻代的GC（Minor GC、Young GC）

  • 把Eden的存活对象放入S1（To），Eden区被清空（复制算法）

  • 互换名，S0做为To，S1做为From，再安置新对象，直到Eden和From满

  • 再次触发Minor GC，Eden和From存活对象放入S0，其余清掉回收（每次GC能活下来的，记录年龄，+1）

  • 对象GC年龄到达阈值（最大15，对象头里放着，默认值和垃圾回收器有关），晋升到老年代。（一直活着就别在From和To之间来回搬了）

  • 老年代最后也满了，新new的对象进来，先Minor GC，还是不足，再Full GC，对整个堆进行垃圾回收，此时的STW时间就比Minor GC时的SWT长一些了

  • Full GC后，无法回收老年代对象，再往老年代放，就OOM

  • 补充：如果现在新生代已经满了，Minor GC还是满，再来对象，尽管新生代有的对象没到达年龄阈值，也会被搬到老年代

优点

  • 分代GC下，可以只进行Minor GC，不用每次Full GC，STW时间短
  • 开发者可以通过调整年轻代和老年代的比例来适应不同的服务场景，提高性能（对象用完即丢的，生命短的多，可以调大年轻代，目的就是少STW，非STW的，也能Minor就别Full）
  • 年轻代和老年代可以选择使用不同的算法，年轻代通常用复制算法、老年代则用标记清除或者标记整理

补充

  • 很多对象都是new完很快就可以回收，比如一个个Vo
  • 老年代存放一直用的对象，比如Spring容器里的一些Bean
  • JVM默认设置下，新生代空间远小于老年代