Java GC工作原理以及Minor GC、Major GC、Full GC简单总结

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名词解释:

GC:垃圾收集器

Minor GC:新生代GC,指发生在新生代的垃圾收集动作,所有的Minor GC都会触发全世界的暂停(stop-the-world),停止应用程序的线程,不过这个过程非常短暂。

Major GC/Full GC:老年代GC,指发生在老年代的GC。

JVM:Java Virtual Machine(Java虚拟机)的缩写。


正文:

>堆

众所周知,所有通过new创建的对象的内存都在堆中分配,堆被划分为新生代和老年代,新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区,而Survivor由FromSpace和ToSpace组成。

新生代:新创建的对象都是用新生代分配内存,Eden空间不足时,触发Minor GC,这时会把存活的对象转移进Survivor区。

老年代:老年代用于存放经过多次Minor GC之后依然存活的对象。

结构图如下:

JVM内存结构之堆  

>栈

每个线程执行每个方法的时候都会在栈中申请一个栈帧,每个栈帧包括局部变量区和操作数栈,用于存放此次方法调用过程中的临时变量、参数和中间结果。


>本地方法栈

用于支持native方法的执行,存储了每个native方法调用的状态。


>方法区

存放了要加载的类信息、静态变量、final类型的常量、属性和方法信息。JVM用持久代(PermanetGeneration)来存放方法区。


以上是JVM内存组成结构。



进入正题:JVM垃圾回收机制

JVM分别对新生代和老年代采用不同的垃圾回收机制。

GC触发条件:Eden区满了触发Minor GC,这时会把Eden区存活的对象复制到Survivor区,当对象在Survivor区熬过一定次数的Minor GC之后,就会晋升到老年代(当然并不是所有的对象都是这样晋升的到老年代的),当老年代满了,就会报OutofMemory异常。


新生代的GC(Minor GC):

新生代通常存活时间较短基于Copying算法进行回收,所谓Copying算法就是扫描出存活的对象,并复制到一块新的完全未使用的空间中,对应于新生代,就是在Eden和FromSpace或ToSpace 之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发,指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置,当有新的对象要分配内存时,用于检查空间是否足够,不够就触发GC。当连续分配对象时,对象会逐渐从Eden到Survivor,最后到老年代。

在执行机制上JVM提供了串行GC(SerialGC)、并行回收GC(ParallelScavenge)和并行GC(ParNew):

串行GC

在整个扫描和复制过程采用单线程的方式来进行,适用于单CPU、新生代空间较小及对暂停时间要求不是非常高的应用上,是client级别默认的GC方式,可以通过-XX:+UseSerialGC来强制指定。

并行回收GC

在整个扫描和复制过程采用多线程的方式来进行,适用于多CPU、对暂停时间要求较短的应用上,是server级别默认采用的GC方式,可用-XX:+UseParallelGC来强制指定,用-XX:ParallelGCThreads=4来指定线程数。

并行GC

与老年代的并发GC配合使用。


老年代的GC(Major GC/Full GC):

老年代与新生代不同,老年代对象存活的时间比较长、比较稳定,因此采用标记(Mark)算法来进行回收,所谓标记就是扫描出存活的对象,然后再进行回收未被标记的对象,回收后对用空出的空间要么进行合并、要么标记出来便于下次进行分配,总之目的就是要减少内存碎片带来的效率损耗。

在执行机制上JVM提供了串行 GC(Serial MSC)、并行GC(Parallel MSC)和并发GC(CMS)。

串行GC(Serial MSC)

client模式下的默认GC方式,可通过-XX:+UseSerialGC强制指定。每次进行全部回收,进行Compact,非常耗费时间。

并行GC(Parallel MSC)(吞吐量大,但是GC的时候响应很慢)

server模式下的默认GC方式,也可用-XX:+UseParallelGC=强制指定。可以在选项后加等号来制定并行的线程数。

并发GC(CMS)(响应比并行gc快很多,但是牺牲了一定的吞吐量)

使用CMS是为了减少GC执行时的停顿时间,垃圾回收线程和应用线程同时执行,可以使用-XX:+UseConcMarkSweepGC=指定使用,后边接等号指定并发线程数。CMS每次回收只停顿很短的时间,分别在开始的时候(Initial Marking),和中间(Final Marking)的时候,第二次时间略长。CMS一个比较大的问题是碎片和浮动垃圾问题(Floating Gabage)。碎片是由于CMS默认不对内存进行Compact所致,可以通过-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection。


虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄(Age)计数器。如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后仍然存活,并且能被Survivor容纳的话,将被移动到Survivor区,并将对象年龄设为 1。对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC,年龄就增加1,当它的年龄增加到一定程度(默认为15)时,就会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值,可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。



GC判断对象是否"存活"或"死去"(GC回收的对象):

1.引用计数器算法

给对象中添加一个引用计数器,每当有一个地方引用它时,计数器的值加1;当引用失效时,计数器的值减;当该对象的计数器的值为0时,标志该对象失效。

2.跟搜索算法

基本思路:通过一系列的名为“GC Roots”的对象作为起始点,从这些节点开始向下搜索,搜索过的路径称为引用链,当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达)时,则证明对象是不可用的。


附JVM GC组合方式:

 


Tags: Java GC

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