1、JAVA垃圾收集原理,gongyin ,“Garbage collection (GC) is a form of automatic memory management. The garbage collector, or just collector, attempts to reclaim garbage, or memory occupied by objects that are no longer in use by the program ”- Wikipedia,自动内存管理年代还有必要学习和了解GC？,垃圾收集器做什么？释放非存活对象占据的内存空间管理内存，决定了内存分配机制
2、,垃圾收集器如何做？检测出垃圾对象 直接方式：引用计数 间接方式: 追踪对象引用图 回收垃圾对象所占用的内存空间 直接清除 压缩 拷贝 必须决定什么时候进行回收,垃圾算法的基本要求 必须是安全的，存活数据不能被错误回收应该是全面的，垃圾对象会在固定的收集周期被回收应该有合理的开销，时间/空间/运行频率尽可能少的内存碎片应该是可扩展的，不会成为可扩展瓶颈,常用的GC算法和策略,引用计数器（渐进式） 标记-清扫垃圾收集 节点复制垃圾收集 标记-缩并垃圾收集 分代垃圾收集 并发垃圾收集 分布式垃圾收集 自适应动态垃圾收集,引用计数器,Pros实现简单，能快速判断对象是否在使用 交织在程序中执行，不会
3、挂起应用Cons 无法处理循环引用 给程序执行带来额外的开销 与用户程序紧密的耦合,标记-清扫算法,Pros 非常自然的处理环形结构 操纵指针没有额外的 开销Cons 停止-启动 算法，STW问题 内存碎片问题渐进复杂度正比与堆的大小,节点复制算法,Scavenger清道夫，从垃圾中捡起有价值的并带走 Pros 所有存活的数据都缩并的排列在一起 无内存碎片，能够高效的分配对象Cons 使用两个半区，存储容量加倍 重复拷贝性能随着内存占用率提高而下降，复杂度正比于存活数据结构的大小，而不是堆的大小,标记-缩并算法,缩并方式 任意的/线性的/滑动的Pros 不需要占用额外空间Cons 缩并带来性能
4、损失 渐进复杂度类似与节点复制算法,分代式垃圾收集器,Weak generational hypothesis理论 大部分对象都是短暂的，生命周期很短 只有很少的长生命对象会引用短生命对象 把工作集中在回收最有可能是垃圾的对象上 Pros 不同的分代可以使用不同的算法和不同的搜集频率，能减少垃圾收集的整体开销Cons 如果根集合巨大 分代间引用 以及占位垃圾 问题,分代式垃圾收集器,需要合理设置 提升策略 和提升阀值 提升太快 Major GC 占位垃圾 和 庇护现象 程序的局部性有负面影响，工作集稀疏 增大写拦截器的开销 自适应提升策略 在缩短中断时间和占位垃圾之间进行折衷 调度策略 隐藏在
5、用户最不注意到时刻 最多垃圾时触发,渐进式和并发收集器,三色标记 已访问需重访问未访问 Pros 大幅缩短垃圾收集带来的中断时间Cons 吞吐量，垃圾收集总耗时上升 “多个读，多个写”一致性问题，需要和用户程序同步，漂浮垃圾问题 需提前进行收集，可能并发收集失败,自适应垃圾收集算法,监视服务器和应用情况，自动调整和选择合适的收集算法JAVA中的Eronomic,Java,基于分代策略 每个分代可以使用不同的垃圾收集器,Java基于分代垃圾收集策略,Java中如何检测垃圾对象的？,找到GC Root集合 本地变量和局部变量引用的对象 方法区中类静态属性引用的对象 方法区中常量引用的对象 本地方法
6、栈中JNI所引用的对象 跨分区引用的对象，分代间引用 引用对象被提升 被重新赋值指向新生分代对象,Java中如何检测垃圾对象的？,写拦截器Write-barrier Dirty Card JVM维护一个dirty cards 表 每512 byte内存页关联到一个dirty card 内存页发生变化，则标记dirty page GC完成，重设dirty card Snapshot-at-the-beginning (SATB) G1,Java中如何检测垃圾对象的？,根据对象存活状态（Reachable）标记出垃圾对象 强引用 软引用（SoftReference） -XX:SoftRefLRUP
7、olicyMSPerMB 弱引用(WeakReference) 可复活对象 被finalize方法复活(需两遍扫描) 虚引用(PhantomReference) 对象被回收时得到系统通知 ReferenceQueue 不可达对象,垃圾清扫阶段,释放被占用的垃圾 非压缩，直接释放 清道夫复制 滑动缩并,新对象分配,直接分配在新生代Eden或TLAB TLAB thread local allocation block -XX:+PrintTLAB -XX:+UseTLAB -XX:+ResizeTLAB -XX:TLABSize= -XX:MinTLABSize= 大对象和大数组直接分派在旧生代
8、 -XX:PretenureSizeThreshold=n 如果对象大于Eden大小 堆外分配 DirectByteBuffer Unsafe.allocateMemory -XX:MaxDirectMemorySize=,对象提升策略,-XX:+AlwaysTenure ，直接从新生代到旧生代 Survivor区域满后，其他存活对象提升 对象已经存活一定次数的收集周期 XX:MaxTenuringThreshold XX:TargetSurvivorRatio,垃圾收集器性能度量指标,吞吐量throughput 没有花在GC上的时间百分比，比如GC花了1%的时间，那么吞吐量是99% GC负载
9、GC Overhead 停顿时间pause Time 新生代暂停时间 = 栈扫描时间+DirtyCard扫描时间+旧生代扫描时间+存活对象赋值时间 垃圾收集器执行的频率 内存大小Footprint 敏捷性Promptness对象变成垃圾和此块内存可以被利用的时间,Java提供4种类型的GC,Serial CollectorXX:+UseSerialGC Parallel Collector XX:+UseParallelGC Parallel Compacting Collector(1.5R6)XX:+UseParallelOldGC CMS CollectorXX:+UseConcMark
10、SweepGC,串行收集器,STW XX:+UseSerialGC 新生代使用串行GC 旧生代和持久代也使用串行GC 适用于小内存客户端应用,并行收集器,STW XX:+UseParallelGC Parallel 新生代使用并行复制收集算法 旧生代使用并行压缩mark-sweep-compacting XX:+UseParallelOldGC XX:ParallelGCThreads=n,并发收集器,过程 Initial mark ,STW,收集GC Roots 栈 新生代对象应用旧生代对象 速度依赖于新生代存活对象的多少 XX:CMSWaitDuration= n Concurrent M
11、ark，标记存活对象 Concurrent pre clean,统计被改变的引用 Remark，STW，重新标记被改变的引用XX:+CMSScavengeBeforeRemark /强制新生代GC Concurrent sweep Concurrent reset,并发收集器,XX:+UseConcMarkSweepGC 不会压缩堆，不同大小碎片有各自的free memory list XX:+CMSIncrementalMode XX:ParallelGCThreads=n 何时触发 最好在新生代GC之后 XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly = XX:+Exp
12、licitGCInvokesConcurrent 导致Full GC 并行模式问题Concurrent mode failure 正在执行CMS，但是没有足够的空间分配给新对象 提升失败问题Promotion failure 提升的对象太多，旧生代放不下,并发收集器,针对多核优化参数 XX:+CMSConcurrentMTEnabled 并发阶段使用多核 XX:+ConcGCThreads= XX:+ParallelGCThreads= STW阶段并行线程数目，默认CPU数目 XX:+UseParNewGC 新生代使用并行复制算法 限制 对CPU资源敏感 漂浮垃圾问题 内存碎片问题 XX:+U
13、seCMSCompactAtFullCollection XX:+CMSFullGcsBeforeCompaction =,Garbge First,G1 （jdk16.R14） 基于 标记-压缩算法 可以精准的控制暂停时间 将Heap分为多个大小的独立区域 G1维护优先列表，检测哪个区域内存使用最快，然后仅仅收集此区域 清除空区域代价很小 复制小数量的对象很快,GC 组合,Ergonomics,基于平台和操作系统自动选择collertor、heap size和hotspot client or server目标是提供尽可能好的性能而不需要设置太多命令参数，自动化,Behavior-based
14、 parallel,最大停顿时间 -XX：MaxGCPauseMillis=n最大吞吐量 -XX：GCTimeRatio=n Ratio = 1/（1+N） Default value = 1%缺省优先级：先满足停顿时间，然后吞吐量，最后footprint,一些常用配置,单处理器系统或小内存，100M左右内存 -XX:+UseSerialGC 多处理器系统，需要最大吞吐量不关心暂停时间 -XX:+UseParallelGc -XX:+UseParallelOldGC 最小停顿时间 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+ParNewGC, 有内存碎片，内存越大越好,优化原则,
15、Do Nothing,让JVM自动选择 不存在一个简单而普适的原则，必须充分理解系统的需求和特征 先measure，在tune 不要过度tune 需要在各个指标之间进行权衡,常用监控和分析工具,GC参数 -XX：+PrintGCDetails -XX: +PrintHeapAtGC -XX：+PrintGCTimeStamps -XX:+HeapDumpAfterFullGC -XX:+HeapDumpBeforeFullGC -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError Jmap histo | -heap | -permstat Jstat Jconsole VisualVM HAT：Heap Analysis Tool,References,http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ you,
