java中垃圾回收算法+垃圾收集器
垃圾回收Garbage Collection,简称GC。GC中的垃圾指的是内存中不会再被使用的对象，而回收就是相当于把垃圾"倒掉"。垃圾回收有很多种算法：引用计数法、标记压缩法、复制算法、分代、分区。
在java堆中，新生代：老年代=1：2或1：3 比较合适
垃圾回收算法
引用计数法：这是个比较古老而经典的垃圾收集算法，其核心就是在对象被引用时计数器加1，而当引用失效时则减1，但是这种方式存在非常严重的问题，无法处理循环引用的情况，还有就是每次进行加减操作时比较浪费系统性能。
标记清除法：分为标记和清除两个阶段进行处理内存中的对象，这种方式也有非常大的弊端，就是空间碎片问题。垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内存空间。
复制算法：其核心思想就是将内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的留存对象复制到未被使用的内存块中，之后去清除之前正在使用的内存块中所有的对象，反复去交换两块内存的角色，完成垃圾收集。
标记压缩法：标记压缩法在标记清除法的基础上做了优化，把存活的对象压缩到内存的一端，而后进行垃圾清理。
分代算法：根据对象的特点把内存分为N块，然后根据每个内存块的特点使用不同的算法。如java中新生代与老年代
分区算法：主要就是将整个内存分成N多个小的独立空间，每个小空间都可以独立使用，这样细粒度的控制一次回收多少个小空间和哪些小空间，而不是对整个内存进行GC，从而提高性能，并减少GC的停顿时间。
对于新生代和老年代来说，新生代回收频率很高，但是每次回收耗费的时间都很短；而老年代回收频率较低，每次回收耗费时间相对较长，所以应该尽量减少老年代的GC。
老年代中对象已经比较稳定，经过多次GC均未被回收，在GC垃圾回收时，清理的内存比较小，存活的对象占得比例非常大。因此，老年代使用的是标记压缩法。
垃圾回收时的停顿现象
为了让垃圾回收器高效的执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿状态。停顿的目的是终止所有应用线程，只有这样系统才不会有新的垃圾产生，同时停顿保证了系统状态在某一个瞬间的一致性，也有益于更好的标记垃圾对象。
对象如何进入老年代
新创建的对象被放置在新生代的eden区，如果没有经历GC，该新创建的对象会一直放在eden区。经过一次GC之后，进入到新生代的s0或s1区，在新生代中对象每经过一次GC年龄就会增加1，在对象的年龄达到一定大小的时候，就会从新生代进入到老年代，对象的年龄是该对象经历的GC次数决定的。虚拟机提供了一个参数来控制新生代对象的最大年龄，当超过这个年龄范围就会晋升为老年代。另外，大对象即新生代eden区无法装入时，也会直接进入老年代，JVM中存在相关参数可以设置对象的大小超过指定的大小之后，直接晋升为老年代。
-XX:MaxTenuringThreshold 指定新生代对象经过多少次回收后进入到老年代，默认情况下为15
-XX:PretenureSizeThreshold 指定不经过新生代而直接晋升到老年代的对象大小
Test05.java
public class Test05 {
public static void main(String[] args) {
//初始的对象在eden区
//参数：-Xmx64M -Xms64M -XX:+PrintGCDetails
for(int i=0; i< 5; i++){
byte[] b = new byte[1024*1024];
}
}
}JVM参数
-Xmx64M -Xms64M -XX:+PrintGCDetails
Eclipse的console输出如下：
上图中，eden区使用率为39%，java程序运行时初始堆大小为64M，因此程序中分配的5个1M的空间创建的几个对象都放置到了eden区中。
Test06.java
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class Test05 {
public static void main(String[] args) {
//测试进入老年代的对象
//参数：-Xmx1024M -Xms1024M -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:+PrintGCDetails
for(int k = 0; k<20; k++) {
for(int j = 0; j<300; j++){
byte[] b = new byte[1024*1024];
}
}
}
}JVM参数
-Xmx1024M -Xms1024M -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:+PrintGCDetails
Eclipse的console输出如下：
经过多次GC之后，eden区使用率为12%。tenured老年代空间使用率为0%，说明进入到老年代的对象已经被回收掉了。
Test07.java
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class Test07 {
public static void main(String[] args) {
//参数：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000
Map<Integer, byte[]> m = new HashMap<Integer, byte[]>();
for(int i=0; i< 5; i++){
byte[] b = new byte[1024*1024];
m.put(i, b);
}
}
}
JVM参数
-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000
Eclipse的控制台输出如下：
上述代码中设置-XX:PretenureSizeThreshold=1000，即指定不经过新生代而直接晋升到老年代的对象大小为1000字节，而代码中new byte[1024*1024]的大小为1M>1000字节，属于大对象直接放入到老年代中。因此，老年代used 5136k。
Test08.java
public class Test08 {
public static void main(String[] args) {
//
//参数：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000
Map<Integer, byte[]> m = new HashMap<Integer, byte[]>();
for(int i=0; i< 5*1024; i++){
byte[] b = new byte[1024];
m.put(i, b);
}
}
}JVM参数
-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000
Eclipse的console输出如下：
老年代仅仅使用了16k，这是因为虚拟机对于体积不大的对象 会优先把数据分配到TLAB区域中，因此就失去了在老年代分配的机会。JVM中每个线程，默认是使用TLAB的。
若将JVM参数修改如下，禁用TLAB
-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000 -XX:-UseTLAB
此时Eclipse的console输出如下：
TLAB
TLAB即Thread Local Allocation Buffer 即线程本地分配缓存，每一个线程都会产生一个TLAB，是线程独享的工作区域。JVM使用TLAB来避免多线程冲突问题，提高对象分配的效率。TLAB空间一般不会太大，当大对象无法 在TLAB分配时，会直接分配到堆上。
-XX:+UseTLAB 使用TLAB
-XX:-UseTLAB 禁用TLAB
-XX:+TLABSize 设置TLAB大小
-XX:TLABRefillWasteFraction 设置维护进入TLAB空间的单个对象大小，它是一个比例，默认为64。即如果对象大于整个空间的1/64,则在堆创建对象。
-XX:+PrintTLAB 查看TLAB信息
-XX：ResizeTLAB 自动调整TLABRefillWasteFraction阀值。
一个对象的创建流程
一个对象创建在什么位置，JVM会有一个比较细节的流程，根据数据的大小、参数的设置，决定如何创建分配，以及其位置。
垃圾收集器
在tomcat的catalina.sh中使用JAVA_OPT配置初始堆大小，最大堆大小。
在JVM中，垃圾回收器有多种：串行垃圾回收器、并行垃圾回收器、CMS回收器（主流）、G1回收器。
串行回收器：使用单线程进行垃圾回收的回收器。每次回收时，串行回收器只有一个工作线程，对于并行能力较弱的计算机来说，串行回收器的专注性和独占性往往有更好的性能表现。根据作用于不同的堆空间，可以分为新生代串行回收器和老年代串行回收器。
-XX:+UseSerialGC 设置使用新生代串行回收器和老年代串行回收器
并行回收器（新生代ParNew回收器）：在串行回收器的基础上做了改进，可以使用多个线程同时进行垃圾回收，对于计算能力强的计算机而言，可以有效缩短垃圾回收所需要的时间。ParNew回收器是一个工作在新生代的垃圾回收器，它只是简单的将串行回收器多线程化，它的回收策略和算法与串行回收器一样。
-XX:+UseParNewGC 使用新生代ParNew垃圾回收器
-XX:ParallelGCThreads 指定ParNew回收器工作时的线程数量，一般最好和计算机CPU核数相当，避免过多线程影响性能
并行回收器（新生代ParallelGC）:新生代ParallelGC回收器，它是使用了复制算法的回收器，也就是多线程独占形式的收集器，它有个非常重要的特点，即非常关注系统的吞吐量。提供了2个非常关键的参数控制系统的吞吐量。
-XX:MaxGCPauseMillis 设置最大垃圾收集停顿时间，可将虚拟机在GC的停顿时间控制在MaxGCPauseMillis范围内。如果希望减少GC停顿时间，可以将MaxGCPauseMillis设置的很小，但是会导致GC频繁，从而增加GC总时间，降低了吞吐量，所以需要根据实际情况设置该值。
-XX:GCTimeRatio 设置吞吐量大小，它是一个0到100之间的整数，默认情况下的取值为99，那么系统将花费不超过1/(1+n)的时间用于垃圾回收。
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 打开自适应模式，在这种模式下，新生代大小、eden与from/to的比例，以及晋升老年代的对象年龄参数都会被自动调整，以达到在堆大小、吞吐量、停顿时间之间的平衡点。
并行回收器（老年代ParallelOldGC回收器）：老年代ParallelOldGC回收器也是一种多线程的回收器，和新生代的ParallelGC回收器一样，也是一种关注吞吐量的回收器，使用了标记压缩算法进行实现。
-XX:+UseParallelOldGC 设置老年代ParallelOldGC回收器
-XX:+ParallelGCThreads 设置垃圾收集时的线程数量
CMS回收器（主流）：全称Concurrent Mark Sweep 意思为并发标记清除，使用的是标记清除法，主要关注系统停顿时间。
-XX:+UseConcMarkSweepGC 设置使用CMS垃圾回收器
-XX:ConcGCThreads 设置并发线程数量
CMS并不是独占的垃圾回收器，在其进行垃圾回收过程中，应用程序仍然在不停的工作，又会有新的垃圾不断的产生，所以在使用CMS的过程中应该确保应用程序的内存足够可用。CMS不会等到应用程序饱和的时候才去回收垃圾，而是在某一个阀值的时候就开始回收，回收阀值可以使用指定的参数进行配置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction来指定，默认为68，即当老年代的空间使用率达到68%的时候，会执行CMS回收。如果内存使用率增长的很快，在CMS执行过程中，已经出现了内存不足的情况，此时CMS回收就会失败，虚拟机将启动老年代串行回收器进行垃圾回收，这会导致应用程序中断，直到垃圾回收完成后才会正常工作，这个过程GC的停顿时间可能较长，所以-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的设置要根据实际的情况。
标记清除法有个缺点就是存在内存碎片的问题，在CMS中存在相关的参数如下：
-XX：+UseCMSCompactAtFullCollection 设置在CMS回收完成之后进行一次碎片整理
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设置进行多少次CMS回收之后，对内存进行一次压缩
G1回收器:全称Garbage-First，它是在jdk1.7中提出的垃圾回收器，长期目标是为了取代CMS回收器，G1回收器拥有独特的垃圾回收策略，G1属于分代垃圾回收器，区分新生代和老年代，依然有eden和from/to区，它并不要求整个eden区或者新生代、老年代空间都连续，它使用了分区算法。
并行性：G1回收期间可以多线程同时工作
并发性：G1拥有与应用程序交替执行能力，部分工作可以与应用程序同时执行，在整个GC期间不会完全阻塞应用程序
分代GC：G1是一个分代收集器，但是它兼顾新生代和老年代一起工作，之前的垃圾收集器他们或者在新生代工作，或者在老年代工作，这是一个很大的不同。
空间整理：G1在回收过程中，不会像CMS那样在若干次GC之后需要进行碎片整理，G1采用了有效复制对象的方式，减少空间碎片。
可预见性：由于分区的原因，G1可以只选择部分区域进行回收，缩小了回收的范围，提高了性能。
-XX：+UseG1GC 使用G1收集器
-XX:MaxGCPauseMillis 指定最大停顿时间
-XX:ParallelGCThreads 设置并行回收的线程数量
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