原文參考：螞蟻課堂余勝軍老師。

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垃圾回收機(jī)制概述

　Java語言中一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是引入了垃圾回收機(jī)制，使c++程序員最頭疼的內(nèi)存管理的問題迎刃而解，它使得Java程序員在編寫程序的時(shí)候不再需要考慮內(nèi)存管理。由于有個(gè)垃圾回收機(jī)制，Java中的對象不再有“作用域”的概念，只有對象的引用才有“作用域”。垃圾回收可以有效的防止內(nèi)存泄露，有效的使用空閑的內(nèi)存。

　　ps:內(nèi)存泄露是指該內(nèi)存空間使用完畢之后未回收，在不涉及復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一般情況下，Java 的內(nèi)存泄露表現(xiàn)為一個(gè)內(nèi)存對象的生命周期超出了程序需要它的時(shí)間長度，我們有時(shí)也將其稱為“對象游離”。

垃圾回收簡要過程

??這里必須點(diǎn)出一個(gè)很重要的誤區(qū)：不可達(dá)的對象并不會(huì)馬上就會(huì)被直接回收，而是至少要經(jīng)過兩次標(biāo)記的過程。?
????????第一次被標(biāo)記過的對象，會(huì)檢查該對象是否重寫了finalize()方法。如果重寫了該方法，則將其放入一個(gè)F-Queue隊(duì)列中，否則，直接將對象加入“即將回收”集合。在第二次標(biāo)記之前，F-Queue隊(duì)列中的所有對象會(huì)逐個(gè)執(zhí)行finalize()方法，但是不保證該隊(duì)列中所有對象的finalize()方法都能被執(zhí)行，這是因?yàn)镴VM創(chuàng)建一個(gè)低優(yōu)先級(jí)的線程去運(yùn)行此隊(duì)列中的方法，很可能在沒有遍歷完之前，就已經(jīng)被剝奪了運(yùn)行的權(quán)利。那么運(yùn)行finalize()方法的意義何在呢？這是對象避免自己被清理的最后手段：如果在執(zhí)行finalize()方法的過程中，使得此對象重新與GC Roots引用鏈相連，則會(huì)在第二次標(biāo)記過程中將此對象從F-Queue隊(duì)列中清除，避免在這次回收中被清除，恢復(fù)成了一個(gè)“正常”的對象。但顯然這種好事不能無限的發(fā)生，對于曾經(jīng)執(zhí)行過一次finalize()的對象來說，之后如果再被標(biāo)記，則不會(huì)再執(zhí)行finalize()方法，只能等待被清除的命運(yùn)。?
????????之后，GC將對F-Queue中的對象進(jìn)行第二次小規(guī)模的標(biāo)記，將隊(duì)列中重新與GC Roots引用鏈恢復(fù)連接的對象清除出“即將回收”集合。所有此集合中的內(nèi)容將被回收。

手動(dòng)GC回收

public class JVMDemo05 { ??? public static void main(String[] args) { ??????? JVMDemo05 jvmDemo05 = new JVMDemo05(); ??????? //jvmDemo05 = null; ??????? System.gc(); ??? } ??? protected void finalize() throws Throwable { ?????? System.out.println("gc在回收對象..."); ??? } }

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finalize作用

Java技術(shù)使用finalize()方法在垃圾收集器將對象從內(nèi)存中清除出去前，做必要的清理工作。這個(gè)方法是由垃圾收集器在確定這個(gè)對象沒有被引用時(shí)對這個(gè)對象調(diào)用的。它是在Object類中定義的，因此所有的類都繼承了它。子類覆蓋finalize()方法以整理系統(tǒng)資源或者執(zhí)行其他清理工作。finalize()方法是在垃圾收集器刪除對象之前對這個(gè)對象調(diào)用的。

內(nèi)存泄露

內(nèi)存泄漏的定義：對象已經(jīng)沒有被應(yīng)用程序使用，但是垃圾回收器沒辦法移除它們，因?yàn)檫€在被引用著。

要想理解這個(gè)定義，我們需要先了解一下對象在內(nèi)存中的狀態(tài)。下面的這張圖就解釋了什么是無用對象以及什么是未被引用對象。

上面圖中可以看出，里面有被引用對象和未被引用對象。未被引用對象會(huì)被垃圾回收器回收，而被引用的對象卻不會(huì)。未被引用的對象當(dāng)然是不再被使用的對象，因?yàn)闆]有對象再引用它。然而無用對象卻不全是未被引用對象。其中還有被引用的。就是這種情況導(dǎo)致了內(nèi)存泄漏。

如何防止內(nèi)存泄露

下面是幾條容易上手的建議，來幫助你防止內(nèi)存泄漏的發(fā)生。

• 特別注意一些像HashMap、ArrayList的集合對象，它們經(jīng)常會(huì)引發(fā)內(nèi)存泄漏。當(dāng)它們被聲明為static時(shí)，它們的生命周期就會(huì)和應(yīng)用程序一樣長。
• 特別注意事件監(jiān)聽和回調(diào)函數(shù)。當(dāng)一個(gè)監(jiān)聽器在使用的時(shí)候被注冊，但不再使用之后卻未被反注冊。
• “如果一個(gè)類自己管理內(nèi)存，那開發(fā)人員就得小心內(nèi)存泄漏問題了。” 通常一些成員變量引用其他對象，初始化的時(shí)候需要置空。

垃圾回收機(jī)制算法

引用計(jì)數(shù)法

1.1概述

給對象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值就加1；當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器值就減1；任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器都為0的對象就是不再被使用的，垃圾收集器將回收該對象使用的內(nèi)存。

1.2優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

引用計(jì)數(shù)收集器可以很快的執(zhí)行，交織在程序運(yùn)行中。對程序需要不被長時(shí)間打斷的實(shí)時(shí)環(huán)境比較有利。

缺點(diǎn)：

無法檢測出循環(huán)引用。如父對象有一個(gè)對子對象的引用，子對象反過來引用父對象。這樣，他們的引用計(jì)數(shù)永遠(yuǎn)不可能為0.而且每次加減非常浪費(fèi)內(nèi)存。

復(fù)制算法

s0和s1將可用內(nèi)存按容量分成大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊，當(dāng)這塊內(nèi)存使用完了，就將還存活的對象復(fù)制到另一塊內(nèi)存上去，然后把使用過的內(nèi)存空間一次清理掉。這樣使得每次都是對其中一塊內(nèi)存進(jìn)行回收，內(nèi)存分配時(shí)不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只需要移動(dòng)堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)行高效。

復(fù)制算法的缺點(diǎn)顯而易見，可使用的內(nèi)存降為原來一半。

注：復(fù)制算法用于在新生代垃圾回收（s0，s1區(qū)）

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標(biāo)記清除算法

標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）算法顧名思義，主要就是兩個(gè)動(dòng)作，一個(gè)是標(biāo)記，另一個(gè)就是清除。

標(biāo)記就是根據(jù)特定的算法（如：引用計(jì)數(shù)算法，可達(dá)性分析算法等）標(biāo)出內(nèi)存中哪些對象可以回收，哪些對象還要繼續(xù)用。

標(biāo)記指示回收（不可達(dá)），那就直接收掉；標(biāo)記指示對象還能用（可達(dá)），那就原地不動(dòng)留下。

缺點(diǎn)

標(biāo)記與清除沒有連續(xù)性效率低;

清除之后內(nèi)存會(huì)產(chǎn)生大量碎片；

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標(biāo)記-壓縮算法

標(biāo)記壓縮法在標(biāo)記清除基礎(chǔ)之上做了優(yōu)化，把存活的對象壓縮到內(nèi)存一端,而后進(jìn)行垃圾清理。(java中老年代使用的就是標(biāo)記壓縮法)

分代收集算法

根據(jù)內(nèi)存中對象的存活周期不同，將內(nèi)存劃分為幾塊，java的虛擬機(jī)中一般把內(nèi)存劃分為新生代和年老代，當(dāng)新創(chuàng)建對象時(shí)一般在新生代中分配內(nèi)存空間，當(dāng)新生代垃圾收集器回收幾次之后仍然存活的對象會(huì)被移動(dòng)到年老代內(nèi)存中，當(dāng)大對象在新生代中無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存時(shí)也直接在年老代中創(chuàng)建。

對于新生代和老年代來說,新生代回收頻率很高,但是每次回收耗時(shí)很短,而老年代回收頻率較低,但是耗時(shí)會(huì)相對較長,所以應(yīng)該盡量減少老年代的GC.

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垃圾回收時(shí)的停頓現(xiàn)象

垃圾回收的任務(wù)是識(shí)別和回收垃圾對象進(jìn)行內(nèi)存清理，為了讓垃圾回收器可以更高效的執(zhí)行，大部分情況下，會(huì)要求系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)停頓的狀態(tài)。停頓的目的是為了暫停所有的應(yīng)用線程，只有這樣系統(tǒng)才不會(huì)有新垃圾的產(chǎn)生。同時(shí)停頓保證了系統(tǒng)狀態(tài)在某一個(gè)瞬間的一致性，也有利于更好的標(biāo)記垃圾對象。因此在垃圾回收時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)用程序的停頓。

垃圾收集器

什么是Java垃圾回收器

Java垃圾回收器是Java虛擬機(jī)(JVM)的三個(gè)重要模塊(另外兩個(gè)是解釋器和多線程機(jī)制)之一，為應(yīng)用程序提供內(nèi)存的自動(dòng)分配(Memory Allocation)、自動(dòng)回收(Garbage Collect)功能，這兩個(gè)操作都發(fā)生在Java堆上(一段內(nèi)存快)。某一個(gè)時(shí)點(diǎn)，一個(gè)對象如果有一個(gè)以上的引用(Rreference)指向它，那么該對象就是活著的(Live)，否則死亡(Dead)，視為垃圾，可被垃圾回收器回收再利用。垃圾回收操作需要消耗CPU、線程、時(shí)間等資源，所以容易理解的是垃圾回收操作不是實(shí)時(shí)的發(fā)生(即并不是對象死亡馬上釋放)，當(dāng)內(nèi)存消耗完或者是達(dá)到某一個(gè)指標(biāo)(Threshold,使用內(nèi)存占總內(nèi)存的比列，比如0.75)時(shí)，觸發(fā)垃圾回收操作。有一個(gè)對象死亡的例外，java.lang.Thread類型的對象即使沒有引用，只要線程還在運(yùn)行，就不會(huì)被回收。

串行回收器(Serial Collector)

單線程執(zhí)行回收操作，回收期間暫停所有應(yīng)用線程的執(zhí)行，client模式下的默認(rèn)回收器，通過-XX:+UseSerialGC命令行可選項(xiàng)強(qiáng)制指定。參數(shù)可以設(shè)置使用新生代串行和老年代串行回收器。

年輕代的回收算法(Minor Collection)：
把Eden區(qū)的存活對象移到To區(qū)，To區(qū)裝不下直接移到年老代，把From區(qū)的移到To區(qū)，To區(qū)裝不下直接移到年老代，From區(qū)里面年齡很大的升級(jí)到年老代。 回收結(jié)束之后，Eden和From區(qū)都為空，此時(shí)把From和To的功能互換，From變To，To變From，每一輪回收之前To都是空的。設(shè)計(jì)的選型為復(fù)制。

年老代的回收算法(Full Collection)：
年老代的回收分為三個(gè)步驟，標(biāo)記(Mark)、清除(Sweep)、合并(Compact)。標(biāo)記階段把所有存活的對象標(biāo)記出來，清除階段釋放所有死亡的對象，合并階段 把所有活著的對象合并到年老代的前部分，把空閑的片段都留到后面。設(shè)計(jì)的選型為合并，減少內(nèi)存的碎片。

并行回收

并行回收器(ParNew回收器)

并行回收器在串行回收器基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，他可以使用多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行垃
圾回收，對于計(jì)算能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)而言，可以有效的縮短垃圾回收所需的尖
際時(shí)間。
ParNew 回收器是一個(gè)工作在新生代的垃圾回收器，它只是簡單地將串行回收器多線程化 ，它的回收策略，算法以及參數(shù)和新生代串行回收器一樣。
使用-XX:+UseParNewGC 新生代ParNew回收器，老年代則使用串行回收器，
ParNew回收器工作時(shí)的線程數(shù)量可以使用XX:ParaleiGCThreads參數(shù)指
定，一般最好和計(jì)算機(jī)的CPU相當(dāng)，避免過多的栽程影響性能。

并行回收集器(ParallelGC回收器)

老年代ParallelOldGC回收器也是一種多線程的回收器，和新生代的
ParallelGC回收器一樣，也是一種關(guān)往吞吐量的回收器，他使用了標(biāo)記壓縮
算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
-XX:+UseParallelOldGC?進(jìn)行設(shè)置
-XX:+ParallelCThread也可以設(shè)置垃圾收集時(shí)的線程教量。

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CMS(并發(fā)GC)收集器

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。CMS收集器是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)收集過程大致分為4個(gè)步驟：

①.初始標(biāo)記(CMS initial mark)

②.并發(fā)標(biāo)記(CMS concurrenr mark)

③.重新標(biāo)記(CMS remark)

④.并發(fā)清除(CMS concurrent sweep)

? ? ?其中初始標(biāo)記、重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟仍然需要停頓其他用戶線程。初始標(biāo)記僅僅只是標(biāo)記出GC ROOTS能直接關(guān)聯(lián)到的對象，速度很快，并發(fā)標(biāo)記階段是進(jìn)行GC ROOTS 根搜索算法階段，會(huì)判定對象是否存活。而重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間，因用戶程序繼續(xù)運(yùn)行而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對象的標(biāo)記記錄，這個(gè)階段的停頓時(shí)間會(huì)被初始標(biāo)記階段稍長，但比并發(fā)標(biāo)記階段要短。

? ? ?由于整個(gè)過程中耗時(shí)最長的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過程中，收集器線程都可以與用戶線程一起工作，所以整體來說，CMS收集器的內(nèi)存回收過程是與用戶線程一起并發(fā)執(zhí)行的。

CMS收集器的優(yōu)點(diǎn)：并發(fā)收集、低停頓，但是CMS還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到完美，CMS收集器主要有三個(gè)顯著缺點(diǎn)：

CMS收集器對CPU資源非常敏感。在并發(fā)階段，雖然不會(huì)導(dǎo)致用戶線程停頓，但是會(huì)占用CPU資源而導(dǎo)致引用程序變慢，總吞吐量下降。CMS默認(rèn)啟動(dòng)的回收線程數(shù)是：(CPU數(shù)量+3) / 4。

CMS收集器無法處理浮動(dòng)垃圾，可能出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure“，失敗后而導(dǎo)致另一次Full GC的產(chǎn)生。由于CMS并發(fā)清理階段用戶線程還在運(yùn)行，伴隨程序的運(yùn)行自然會(huì)有新的垃圾不斷產(chǎn)生，這一部分垃圾出現(xiàn)在標(biāo)記過程之后，CMS無法在本次收集中處理它們，只好留待下一次GC時(shí)將其清理掉。這一部分垃圾稱為“浮動(dòng)垃圾”。也是由于在垃圾收集階段用戶線程還需要運(yùn)行，即需要預(yù)留足夠的內(nèi)存空間給用戶線程使用，因此CMS收集器不能像其他收集器那樣等到老年代幾乎完全被填滿了再進(jìn)行收集，需要預(yù)留一部分內(nèi)存空間提供并發(fā)收集時(shí)的程序運(yùn)作使用。在默認(rèn)設(shè)置下，CMS收集器在老年代使用了68%的空間時(shí)就會(huì)被激活，也可以通過參數(shù)-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的值來提供觸發(fā)百分比，以降低內(nèi)存回收次數(shù)提高性能。要是CMS運(yùn)行期間預(yù)留的內(nèi)存無法滿足程序其他線程需要，就會(huì)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗，這時(shí)候虛擬機(jī)將啟動(dòng)后備預(yù)案：臨時(shí)啟用Serial Old收集器來重新進(jìn)行老年代的垃圾收集，這樣停頓時(shí)間就很長了。所以說參數(shù)-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設(shè)置的過高將會(huì)很容易導(dǎo)致“Concurrent Mode Failure”失敗，性能反而降低。

最后一個(gè)缺點(diǎn)，CMS是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的收集器，使用“標(biāo)記-清除”算法收集后，會(huì)產(chǎn)生大量碎片。空間碎片太多時(shí)，將會(huì)給對象分配帶來很多麻煩，比如說大對象，內(nèi)存空間找不到連續(xù)的空間來分配不得不提前觸發(fā)一次Full GC。為了解決這個(gè)問題，CMS收集器提供了一個(gè)-XX:UseCMSCompactAtFullCollection開關(guān)參數(shù)，用于在Full GC之后增加一個(gè)碎片整理過程，還可通過-XX:CMSFullGCBeforeCompaction參數(shù)設(shè)置執(zhí)行多少次不壓縮的Full GC之后，跟著來一次碎片整理過程。

G1回收器

G1回收器(Garbage-First)實(shí)在jdk1.7中提出的垃圾回收器，從長期目標(biāo)來看是為了取
代CMS回收器，G1回收器擁有獨(dú)特的垃圾回收策略，G1屬于分代垃圾回收器，區(qū)分
新生代和老年代，依然有eden和from/to區(qū),它并不要求整個(gè)eden區(qū)或者新生代、老
年代的空間都連續(xù)，它使用了分區(qū)算法。
并行性:?G1回收期間可多線程同時(shí)工作。
并發(fā)性：G1擁有與應(yīng)用程序交替執(zhí)行能力，部分工作可與應(yīng)用程序同時(shí)執(zhí)行，在整個(gè)
GC期間不會(huì)完全阻塞應(yīng)用程序。
分代GC: G1依然是一個(gè)分代的收集器，但是它是非兩新生代和老年代一杯政的雜尊。
空間整理：G1在回收過程中，不會(huì)像CMS那樣在若干次GC后要進(jìn)行碎片整理。G1采用了有效復(fù)制對象的方式，減少空間碎片。
可預(yù)見性：由于分區(qū)的原因，G1可以只選取部分區(qū)域進(jìn)行回收，縮小了回收的范圍，提升了性能。
使用-XX:+UseG1GC應(yīng)用G1收集器

使用-XX:MaxGCPausel指定最大停頓時(shí)間（Mills）

使用-XX:ParallelGCThreads設(shè)置并行回收的線程數(shù)量

總結(jié)

初始堆值和最大堆內(nèi)存內(nèi)存越大，吞吐量就越高。

最好使用并行收集器,因?yàn)椴⑿惺占魉俣缺却型掏铝扛?#xff0c;速度快。

設(shè)置堆內(nèi)存新生代的比例和老年代的比例最好為1:2或者1:3。

減少GC對老年代的回收。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的java垃圾回收机制算法分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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