浅谈GC
为什么要了解GC
对于Java程序猿来说，内存分配与释放都交给JVM处理，而更多的精力能够投入到业务开发中去，这也是Java能够受广大开发者欢迎的重要原因之一。但问题来了，万一程序出现内存泄漏和内存溢出问题怎么排查，如何定位问题，所以防患于未然，了解JVM的GC原理是每位Java开发者的职业素养。
对象实例收集算法
1.引用计数算法
顾名思义，就是为对象添加一个引用计数，用于记录对象被引用的次数，对象引用计算为0，则表示对象可回收。Java并没有选择引用计数机制，因为它不可解决循环引用的问题。
2.可达性分析
Java选择的是可达性分析算法。其原理是将对象及其引用看作一个关系图，选定对象作为GC Roots，然后跟踪引用链条，如果一个对象和GC Roots之间不可达，也就是说不存在引用链条，那么即可认为是可回收对象。JVM会把虚拟机栈和本地方法栈中引用的对象、静态属性引用的对象和常量，作为GC Roots。
可达性分析
如图，GC Roots作为实例对象，obj1、obj2、obj3、obj4与GC Roots存在引用链条，而obj5、obj6、obj7与GC Roots不存在引用链条，呢么obj5、obj6、obj7则被视为可回收对象。
GC算法
1.标记清除算法（Mark-Swap）
分为两个阶段：标记和清除。标记阶段的工作是标记可回收对象的内存。清除阶段的工作是清除已标记的内存。
优点：效率高。
缺点：多次清除后，会产生大量的内存碎片
标记清除算法
2.复制算法（Copying）
按内存容量分为两部分：已使用和未使用。把已使用部分的存活对象复制到未使用部分，统一回收已使用部分的全部空间，那么就不会出现Mark-Swap算法的内存碎片问题。
优点：效率高、保持内存的最大可用性。
缺点：当存活数量较多的时候，效率会骤降。
复制算法
3.标记整理算法（Mark-Compact）
分为两个阶段：标记和整理。标记阶段和Mark-Swap阶段一样。整理阶段工作是把存活对象移向一端，统一处理可回收内存，解决了Copying算法和Mark-Compact算法的结构弊端。
优点：保持内存的最大可用性。
缺点：效率低。
标记整理算法
垃圾收集器
1. 比较应用
| 收集器 | 作用年代 | 线程状态 | 算法 | 特点 | 场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| Serial | 新生代 | 串行 | 复制 | 响应速度优先 | 单CPU环境下的Client模式 |
| ParNew | 新生代 | 并行 | 复制 | 响应速度优先 | 多CPU环境Server模式下与CMS配合使用 |
| Parallel Scavenge | 新生代 | 并行 | 复制 | 吞吐量优先 | 适用于后台运算而且不需要太多交互的场景 |
| Serial Old | 老年代 | 串行 | 标记-整理 | 响应速度优先 | 单CPU环境下的Client模式 |
| Parallel Old | 老年代 | 并行 | 标记-整理 | 吞吐量优先 | 适用于后台运算而不需要太多交互的场景 |
| CMS | 老年代 | 并行 | 标记-清除 | 响应速度优先 | 适用于互联网或者B/S业务 |
| G1 | 新生代/老年代 | 并行 | 标记-整理算法+复制算法 | 响应速度优先 | 面向服务器端应用 |
| ZGC | 不分代Region | 并发 | 着色指针 +读屏障 +压缩整理 |
处理大堆 | 面向服务器端应用 |
2. 分代关系与实用
| 新生代 | 老年代 | JVM参数 |
|---|---|---|
| Serial | Serial Old | -XX:+UseSerialGC |
| Parallel Scavenge | Serial Old | -XX:+UseParallelGC |
| Parallel Scavenge | Parallel Old | -XX:+UseParallelOldGC |
| ParNew | Serial Old | -XX:-UseParNewGC |
| ParNew | CMS+Serial Old | -XX:+UseConcMarkSweepGC |
| G1 | G1 | -XX:+UseG1GC |
注：
Java8新生代默认Parallel Scavenge，老年代默认Parallel Old
Java9默认是G1
3. CMS
- 初始标记：标记Root直接可达对象，会STW。
- 并发标记：标记所有可达对象。
- 重信标记：二次标记，时间比并发时间短，但比初始标记时间长，会SWT。
- 并发清理：清理已经死亡的对象。
- 并发重置：为下次GC重置数据结构。
4. G1
没有物理化的年代区分，都是对象都是一个个Region，保持高回收率减少停顿，是逻辑分代管理，分为年轻代、老年代、矩形对象。G1会全局扫描。
- 年轻代：使用并行复制算法清除对象。
- 老年代：使用标记整理方法清除对象，由于不是全局清除，是局部清除所以STW的时间短。
- 初始标记（SWT）：同CMS
- 并发标记：同CMS
- 最终标记（SWT）：同CMS
- 复制/清除（SWT）：优先回收可回收空间较大的Region（G garbage First），每次只清理一部分，而不是全局清理。
5. ZGC
特点：能做到10ms以下的回收停顿时间，支持TB级别的对象回收。
过程：划分许多大小不一的Region，然后通过短暂的SWT标记Roots对象，并发通过着色指针的标记可回收对象（边缘情况可能SWT），并发清除后进行并发重定位。
- 着色指针：在64位OS中，最大支持4TB的堆占用42位，剩下22位可用作其他用途，目前只使用了4位着色指针标记。
- 读屏障：为了解决用户线程和GC线程并发导致对象状态的问题，减少SWT。
- 并发执行：由于读屏障的支持，大部分之间都是并发执行的。
- 基于Region：没有固定大小的Region，所以对象大小可支持TB，等大堆内存。
- 压缩整理：对象回收后会整理压缩内存空间，防止内存碎片问题。
