JVM（2）——GC算法和收集器

一、引入

上篇博客《JVM——简介》中主要介绍了JVM的内存模型，思考一下：

为什么要划分堆、栈、方法区等？
为什么把不同种类的数据信息分别存放？

答案可以分为很多很多条，这里就说一个方面，如果我们是如何区分数据的种类的，那就是作用域。比如：堆、方法区是线程共享的，而栈是私有的。

那么管理又包括哪些方面呢？包括创建、存储、回收？这篇博客就来谈谈垃圾回收（Garbage Collection）。

小编建议各位读者把自己当成GC，那个以回收垃圾为工作的人，这么说貌似有点……

二、算法

问自己三个问题：

what——回收什么
how——怎么回收
when——什么时候回收

1、What

作为GC，我们要回收些什么？对象实例、变量、类型信息……你怎么知道哪些要回收哪些不需要回收呢，是不是还应用该对象实例，这个对象死了吗？

判断一个对象死了吗，听着很简单，做起来就不是那么一回事了。

1）计数器

给每个对象实例绑一个计数器，如果有人引用他，就加1，不再引用之后，就减1。那么当值为0时，应该就是不被使用的了。

实现简单，效率也高，但解决不了循环引用的问题。即A引用B，B引用A，按照这种思路，他们就要永久的绑在一起了。

2）引用链

假定有一个Root节点，作为起始点，向下搜索，当某个对象没有在这条链上时，即他怎么都走不到Root的时候，我们就说他是不再使用的，可以被回收。

懒得画了，从网上找了个图。

2、How

1）标记-清除

两个阶段：先标记，后统一回收。

这个办法很简单很基础，但真的是不怎么看好。时间上，两个过程效率都不高；空间上，会产生大量的空闲碎片，不利于再次使用。

那怎么办？看后面的方法对他进行改进。

2）复制

主要解决效率问题。

先将内存划分相同大小的两块区域，只使用其中一块。当这一块内存用完了，将对象拷贝到没使用的那块内存区域上，然后进行清理。

不足之处很明显了，内存很宝贵的呀！！！这简直是复制算法的致命伤，
提出这个观点的估计是个没受过穷的富家公子啊。

3）标记-整理

主要解决了内存碎片问题。

他的过程前半部分跟标记-清除一样，就在清理之后，让还活着对象移动到一端，把碎片问题解决了。

当然，效率肯定没有标记-清除好了，不过平衡了一下，这个算法还不错。

3、When

GC不能精准的控制回收的具体时间，但分代收集可以控制到一个回收的频率。

言归正传，文章最开始说到了堆和栈中存放的数据作用域（生命周期）是不同的，那么他们的回收频率肯定不一样。其实实际上要更复杂一点，堆内部的对象实例存活的时间也各有不同，如果每次回收都扫描一遍，那效率是十分低下的。基于这一点，引出著名的分代收集的算法。

分代收集

大致分为三个年代：新生代、老年代和永久代。新生代中又分出两个区域：S0（Survivor0）、S1（Survivor1）。个别名字可能翻译的不同，理解就好。

新生代

Eden：伊甸园的意思，这里一般存储新创建的对象。这些对象有两种结局，要么被收集清理掉，要么移到下一个Survivor Space中。

Survivor：幸存者，大致是说他们已经死里逃生一次了。

老年代

Old Space：在新生代中对象达到一定比例后，就会将多余的对象移入老年代。

永久代

前面两种都是存放在堆中的，因此，又可以把老年代看作是新生代的“备用仓库”。而永久代是在方法区中的，回收频率是最慢的。

各个年代有各个年代的特点，他们也就可以选择适合自己的算法来进行回收。新生代每次回收的数量都很大，可以使用复制算法。老年代对象存活的时间长，空间也不大，就只能使用“标记-清理”或者“标记-整理”了。

分代收集算法其实还是利用How中的几个基本算法，只是划分区域（年代），更科学的使用收集算法。

三、收集器

前面解决了垃圾回收的what、how、when的问题，那么就要开始实打实的干活了！谁去干？怎么干呢？

收集器就是帮助我们去解决这个问题的，每个特点也是不一样的，在单独介绍之前，我们先来分分类。

没有最好的收集器，也没有万能的收集器，只有挑选更适合的才是科学的。

1）Serial

adj.
1. 连续的；一连串的；一系列的。
2.按期出版的；(小说等)连载的；连续刊行的；连续广播的。
3.分期偿付的。
4.【计算机】中行的；串联的。

特点：

简单；
单线程；
新生代。

2）ParNew

Serial的多线程版本；
新生代；

3）Parallel Scavenge

Parallel
adj.
1.平行的；并行的 (to; with); 【电学】并联的。
2.同一方向的，同一目的的。
3.相同的，同样的，相似的，对应的。

新生代；
并行；
重视吞吐量（这个后面说）。

4）CMS

Concurrent Low Pause Collector 并发低停顿收集器

重视停顿时间，响应速度快，带给用户良好体验。
过程比较复杂，篇幅有限，不再介绍了。

5）G1

并发；
分代收集；
标记-整理；
降低停顿时间。

分类

上面只是介绍了几个比较典型的收集器，从年代的角度来看一下：

注意：横线以上是新生代，以下是老年代。收集器之间的连线表示他们之间可以配合使用。

小结：
新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。
两种算法都解决了碎片问题，由于新生代的空间较大，可以采用复制，更高效些。

从工作方式上来看：

1. 串行
   垃圾回收时，”Stop the World”暂停所有线程。如：Serial/Serial Old

2. 并行
   多个线程可以同时执行，适合多CPU。如：Parallel Scavenge

3. 并发
   部分收集工作可以和用户线程交替执行。如：CMS

串行只适合小数据量，这是CPU占用率高，效率快。

怎样挑选适合自己的收集器呢？

可以从这几个方面考虑：

Client模式：优先考虑用户体验，响应要快，停顿时间不能太长。
Server模式：吞吐量优先，更高效率的利用CPU，尽快完成任务，适合后台运算。吞吐量=运行代码时间/（运行代码+GC）。