我正在参与「启航方案」
诗酒趁年华。
前语
大学那会我读过《深化了解Java虚拟机》，看得云里雾里，抓不到实质的东西，其实是没有了解废物收回的来龙去脉。
所以当我有了一定作业的浅薄履历，再看相关JVM的资料，再回过头去看一看书。
才发现，咦，有点意思！
由于GC就完结两件事情：
-
判别出废物方针。
-
释放出废物方针占用的内存空间。
那么问题来了，怎样来定义废物？
先来看第一件事，判别出废物方针，那么问题来了，怎样定义废物？
所以不由得想，什么是废物？
会看到这样的定义：不能被任何途径运用的方针便是废物。
这句话不难了解，更简单的说便是没有价值的便是废物。（是不是也挺严酷的实际）
判别出废物方针-废物判别方法论
当弄理解了怎样来定义废物后，所以就来到了怎样判别出废物方针？
判别出废物方针有几种方法，可是它们都不是详细的完成方法，而是一系列方法论（算法）。
引证计数法
先是引证计数法，这个算法很简单，其实便是给方针中增加一个引证计数器，每逢有一个地方引证它，计数器就加 1；当引证失效，计数器就减 1；当任何时分计数器为 0 的方针便是不可能再被运用的。
如下图所示，引证计数为 0，则为废物。
引证计数法方法 完成简单，功率高。 可是 JVM 主流废物收回器并没有运用引证计数法来办理内存，其最主要的原因是由于引证计数法的局限，它存在方针之间彼此循环引证的问题。
方针彼此引证问题
而所谓方针之间的彼此引证问题，其实便是它们由于互相引证对方，导致它们的引证计数器都不为 0，所以引证计数算法无法告诉 GC 收回器收回它们。
如下代码所示，除了方针 objA 和 objB 彼此引证着对方之外，这两个方针之间再无任何引证。
public class ReferenceCountingGc {
Object instance = null;
public static void main(String[] args) {
ReferenceCountingGc objA = new ReferenceCountingGc();
ReferenceCountingGc objB = new ReferenceCountingGc();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
}
}
可达性剖析算法
所以就来到了可达性剖析算法，可达性剖析算法不会呈现方针间循环引证问题。
可达性剖析算法也叫根搜索算法，其根本思维是通过一系列的称为 “GC Roots” 的方针作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引证链 （Reference Chain），当一个方针到 GC Roots 没有任何引证链相连时， 即该方针不可达，则阐明此方针是不可用的，需求被收回。
如下图所示，GC Root在方针图之外，是特别定义的 “起点”，不可能被方针图内的方针所引证。
如下图所示， obj 4、obj 5、obj 6 尽管互有关联, 但它们到GC Roots是不可达的, 因而也会被判定为可收回的方针。
释放废物方针占用的内存空间-废物搜集方法论
当咱们通过判别出废物方针后，就来到了第二步，释放出废物方针占用的内存空间（将废物给收拾掉）。
释放出废物方针占用的内存空间有多种方法，同样，它们都不是详细的完成方法，而是一系列方法论（算法）。
符号-铲除算法
咱们先来看最根底的废物搜集算法，“符号-铲除”（Mark-Sweep）算法，该算法望文生义，被分为 “符号” 和 “铲除” 阶段，是在 1960 年由 Lisp 之父 John McCarthy 所提出。
符号-铲除算法，望文生义分为两个大进程：
符号 后 铲除。
符号（Mark）：将判别出废物方针的（也便是一切需求收回的方针符号）。
铲除（Sweep）：在符号完结后，一致收回掉一切被符号的方针。
如下图所示，首要符号出一切不需求收回的方针，在符号完结后一致收回掉一切没有被符号的方针。
但符号-铲除算法会带来两个显着的问题：
- 功率问题： 履行功率不稳定，假如堆中包含很多方针，并且其间大部分是需求被收回的，这时就有必要进行很多的符号和铲除的动作，导致符号和铲除两个进程的履行功率随着方针数量的增长而下降，也便是履行功率和方针数量成反比。
- 空间问题：内存空间的碎片化问题，符号铲除之后会产生很多不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致当程序运转进程中需求分配较大方针时，因无法找到满足的连续内存而不得已提前触发另一次废物搜集动作。
（符号铲除比如将地上的废物一个个捡起后再丢掉）
总结，功率低，又收拾得不洁净。
可是，它却是最根底的搜集算法，后续的算法都是对其不足进行改善得到（后边所介绍的两种算法都是基于此改善而来）。
符号-仿制算法
为了处理符号-铲除算法面对很多可收回方针时履行功率低的问题，1969 年 Fenichel 提出了一种称为 “半区仿制”（Semispace Copying）的废物搜集算法。
也便是 “符号-仿制”（Mark-Copy）搜集算法呈现了，也被简称为仿制算法。
其思维是这样，将内存分为巨细相同的两块，每次运用其间的一块。当这一块的内存运用完后，就将还存活的方针仿制到另一块去，然后再把运用的空间一次收拾掉。这样就使每次的内存收回都是对内存区间的一半进行收回。
（符号-仿制算法，比如日常将物品放到洁净的一边，再拿起扫把将废物一次收拾掉，腾出空间来）
如下图所示：
可是，符号-仿制并不适用于多数方针都是存活的情况，由于这将会产生很多的内存间仿制的开销。
但对于多数方针都是可收回的情况，该算法只需求仿制少数的存活方针，并且每次都是针对整个半区进行内存收回，分配内存时也就不必考虑有空间碎片的复杂情况，只要移动堆顶指针，按次序分配即可。
不过其缺陷也清楚明了，这种仿制收回算法的代价是将可用内存缩小为了本来的一半，空间糟蹋太多。
符号-收拾算法
接着来到了，符号收拾算法（Mark-Compact），算法分为符号，收拾和铲除三个阶段：
- 首要符号出一切需求收回的方针。
- 在符号完结后，后续进程不是直接对可收回方针进行收拾，而是让一切存活的方针都向一端移动。
- 然后直接收拾掉端鸿沟以外的内存。
符号进程仍然与“符号-铲除”算法一样，但后续进程不是直接对可收回方针收回，而是让一切存活的方针向一端移动，然后直接收拾掉端鸿沟以外的内存。
这样的好处是不会产生内存碎片，可是很显着的缺点是两遍扫描、指针需求调整，因而功率偏低。
所以，能够看到，压根就没有一种能处理一切问题的方法（算法）。
分代搜集算法
每一种算法它们都有自己的优势和劣势，也没有一种算法能够完全代替其他算法。所以，假如能依据废物收回方针的特性，运用适宜的算法，才是最好的挑选（俗话说，没有最好的废物搜集算法，只要最合适的废物搜集算法）。
所以就有了分代搜集算法，当时虚拟机的废物搜集都选用分代搜集算法，也便是说，分代收回的思维简直一切的虚拟机都运用，从 分代搜集的理论设计角度来看是这样：
- 绝大部分的方针都是朝生夕死。
- 通过多次废物收回的方针就越难收回。
分代算法就基于这种思维，它将内存区间依据方针的特点分红几块，堆空间主要分为新生代和老时代，如下图所示：
那什么是新生代和老时代呢？
一般来说，JVM会将一切新建方针都放入称为新生代的内存区域，新生代的特点是方针朝生夕灭，大约90%的新建方针会被很快收回，所以新生代更合适运用仿制算法。
而当一个方针通过几收回回后仍然存活，方针就会被放入称为老时代的内存空间。
在老时代中，简直一切的方针都是通过几回废物收回仍然得以存活的。在极端情况下，老时代方针的存活率能够达到100%。假如仍然运用仿制算法收回老时代，将需求仿制很多方针。再加上老时代的收回性价比也低于新生代，因而这种做法是不可取的。
所以对老时代的收回运用与新生代不同的符号紧缩法或符号铲除法，以提高废物收回功率。
总结来说，新生代收回的频率很高，可是每次收回的耗时很短，而老时代收回的频率比较低，可是会耗费更多的时刻。
所以，新生代中，每次搜集都会有很多方针死去，就能够挑选”符号-仿制“算法，只需求支付少数方针的仿制成本就能够完结每次废物搜集。
而老时代的方针存活几率是比较高的，并且没有额定的空间对它进行分配担保，所以挑选“符号-铲除”或“符号-收拾”算法进行废物搜集是更适宜的挑选。
这样依据分代的思维，咱们就能够依据每块内存区间（各个时代）的特点挑选适宜的废物搜集算法。
不过，在JDK8之前和JDK8之后分代有所区别，如下图所示：
废物搜集器-废物方法论的完成
咱们前面说过，不管是废物判别仍是废物搜集，都只不过是一系列方法论（算法），而真正的完成是废物搜集器。
所以，假如说废物判别算法和废物搜集算法是内存收回的方法论，那么废物搜集器便是内存收回的详细完成。
而废物收回器不仅是内存收回的详细完成，所以其寻求的方针，不仅是在不同条件下能选用合适的算法，也包括内存巨细，是否多线程，STW（Stop The World）等等。
其间对STW的寻求，贯穿在每一代废物搜集器上。
什么是 STW （Stop The World）
Stop The World（STW），在履行废物收回算法时，有必要暂停一切的作业线程，直到它收回完毕。
而这个暂停称为Stop The World，给用户带来了恶劣的用户体会。
例如，程序每运转一个小时需求暂停呼应 5 分钟。（这个也是前期 Java 被吐槽性能差的一个主要原因），所以每代废物收回器一向试图下降或消除 STW 的时刻。
Serial 串行搜集器
Serial（串行，也便是按次序），是搜集器中最根本，能够说历史悠久的废物搜集器。
串行意味着它是 “单线程” ，只运用一条废物搜集线程去完结废物搜集作业，所以在进行废物搜集作业的时分有必要暂停其他一切的作业线程（ “Stop The World” ），直到它搜集完毕。
Serial 选用 新生代选用符号-仿制算法，老时代选用符号-收拾算法。 运转进程，如下图所示：
Serial 只合适对不大的内存收回，假如过大的内存收回速度很慢（STW 的时刻变长）。
ParNew 并行搜集器
所以，从单线程版本到多线程版本有了ParNew 搜集器， ParNew 搜集器其实便是 Serial 搜集器的多线程版本。 由于除选用多线程来废物搜集外，控制参数、搜集算法、收回策略等等跟 Serial 搜集器一致。
ParNew 选用 新生代选用符号-仿制算法，老时代选用符号-收拾算法。 运转进程，如下图所示：
ParNew多线程，在多 CPU 下，中止时刻比 Serial 少。
Parallel Scavenge 搜集器
Parallel Scavenge（并行），重视吞吐量的废物搜集器，高吞吐量则能够高功率地运用 CPU 时刻，赶快完结程序的运算使命，主要合适在后台运算而不需求太多交互的使命。
Parallel Scavenge 搜集器也是运用符号-仿制算法的多线程搜集器，它看上去简直和 ParNew 都一样。
Parallel Scavenge 选用 新生代选用符号-仿制算法，老时代选用符号-收拾算法。，运转进程，如下图所示：
Parallel Scavenge 搜集器配合自适应调节策略，能够把内存办理优化交给虚拟机去完结，一起也提供了许多参数能够用来找到最适宜的中止时刻或最大吞吐量，
CMS 并发符号铲除搜集器
CMS（Concurrent Mark Sweep）搜集器是一种以获取最短收回中止时刻为方针的搜集器。
假如特别重视服务的呼应速度，希望体系中止时刻最短，CMS能够给用户带来较好的体会。
CMS（Concurrent Mark Sweep）搜集器是 JVM 第一款真正意义上的并发搜集器，它根本完成了让废物搜集线程与用户线程一起作业。
CMS 搜集器选用 “符号-铲除”算法。运转进程，如下图所示：
CMS 其优点是并发搜集、低中止，可是咱们也知道，符号铲除算法的老毛病，会有内存碎片，当碎片较多，会给大方针的分配带来麻烦。
G1 搜集器
G1（Garbage First），在 Oracle 官方被称为全功能的废物搜集器。是面向服务器的废物搜集器，主要针对多CPU，以及大容量内存的机器。能够极高概率满足 GC 中止时刻要求的一起,还具有高吞吐量性能特征。
G1 搜集器在后台保护了一个优先列表，每次依据答应的搜集时刻，优先挑选收回价值最大的 Region(这也便是它的姓名 Garbage-First 的由来) 。
这种运用 Region 区分内存空间以及有优先级的区域收回方法，保证了 G1 搜集器在有限时刻内能够尽可能高的搜集功率（把内存化整为零）。
从 JDK9 开始，G1 废物搜集器成为了默许的废物搜集器。
最后
《从看 JVM 废物收回，看到了严酷的实际》，之所以会起这个标题，的确是我看了JVM废物收回之后，又身处于实际的喧嚣和动荡有感而发。
由于当我看JVM废物收回的时分，JVM 废物收回也在回望我。
但又像 罗曼罗兰所说，“世界上只要一种英雄主义，便是看清生活的本相之后，仍然热爱生活。”
也正如我开头的那句诗，想那么多干嘛，不如 诗酒趁年华。
我是一颗剽悍的种子，怕什么真理无量，进一寸，有进一寸的欢喜。感谢各位同伴的：重视、点赞、保藏和评论 ，咱们下回见！
创造不易，勿白嫖。
大众号：一颗剽悍的种子
一颗剽悍的种子 | 文 【原创】
