垃圾回收的常見算法
自動化的管理內(nèi)存資源，垃圾回收機制必須要有一套算法來進(jìn)行計算，那些是有效的對象，那些是無效的對象，對于無效的對象
就要進(jìn)行回收處理。
常見的垃圾回收算法有 ：引用計數(shù)法、標(biāo)記清除法、標(biāo)記壓縮法、復(fù)制算法、分代算法等。
引用計數(shù)是歷史最悠久的一種算法，最早George E. Collins在1960的首次提出，50年后的今天，該算法依然被很多編程語言使用。
假設(shè)有一個對象A，任何一個對象對A的引用，那么對象A的引用計數(shù)器+1，當(dāng)引用失敗時，對象A的引用計數(shù)器就-1，如果對象A的計算器的值
為0，就說明對象A沒有引用了，可以被回收。如圖所示
優(yōu)點 ：
1、實時性較高，無需等到內(nèi)存不夠的時候，才開始回收，運行時根據(jù)對象的計數(shù)器是否為0，就可以直接回收。
2、在垃圾回收過程中，應(yīng)用無需掛起。如果申請內(nèi)存時，內(nèi)存不足，則立刻報outofmember錯誤。
3、區(qū)域性，更新對象的計數(shù)器時，只是影響到該對象，不會掃描全部對象。
缺點 ：
1、每次對象唄引用時，都需要去更新計數(shù)器，有一點時間開銷。
2、浪費CPU資源，即使內(nèi)存夠用，任然在運行時進(jìn)行計數(shù)器的統(tǒng)計。
3、無法解決循環(huán)引用問題。（最大的缺點）
雖然a和b都為null，但是由于a和b存在循環(huán)引用，這樣a和b永遠(yuǎn)都不回被回收。
標(biāo)記清除算法，是將垃圾回收分為2個階段，分別是標(biāo)記和清除。
標(biāo)記 ：從根節(jié)點開始標(biāo)記引用的對象。
清除 ：未被標(biāo)記引用的對象就是垃圾對象，可以被清理。
這張圖代表的是程序運行期間所有對象的狀態(tài)，它們的標(biāo)志位全部是0（也就是未標(biāo)記，以下默認(rèn)0就是未標(biāo)記，1為已標(biāo)記），
假設(shè)這會兒有效內(nèi)存空間耗盡了，JVM將會停止應(yīng)用程序的運行并開啟GC線程，然后開始進(jìn)行標(biāo)記工作，按照根搜索算法，標(biāo)記完以后，對象的狀態(tài)如下圖。
可以看到，按照根搜索算法，所有從root對象可達(dá)的對象就被標(biāo)記為存活的對象，此時已經(jīng)完成了第一階段標(biāo)記。接下來，就要
執(zhí)行第二階段清除了，那么清除完以后，剩下的對象以及對象的狀態(tài)如下圖所示。
可以看到，沒有被標(biāo)記的對象將會回收清除掉，而被標(biāo)記的對象將會留下，并且會將標(biāo)記重新歸0.接下來就不用說了，喚醒停止
的程序線程，讓程序繼續(xù)運行即可。
可以看到，標(biāo)記清除算法解決了引用計數(shù)算法中的循環(huán)引用的問題，沒有從root節(jié)點引用的對象都會被回收。同樣，標(biāo)記清除算法也是有缺點的 ：
1、效率較低，標(biāo)記和清除兩個動作都需要遍歷所有的對象，并且在GC時，需要停止應(yīng)用程序，對于交互性要求比較高的應(yīng)用
而言這個體驗是非常差的。
2、通過標(biāo)記清除算法清理出來的內(nèi)容，碎片化較為嚴(yán)重，因為被回收的對象可能存在于內(nèi)存的各個角落，所以清理出來的內(nèi)存是不連貫的。
標(biāo)記壓縮算法是在標(biāo)記清除算法的基礎(chǔ)之上，做了優(yōu)化改進(jìn)的算法。和標(biāo)記清除算法一樣，也是從根節(jié)點開始，對對象的引用進(jìn)行標(biāo)記，在清理階段，并不是簡單的清理未標(biāo)記的對象，而是將存活的對象壓縮到內(nèi)存的一端，然后清理邊界以外的垃圾，從而解決了碎片化的問題。
優(yōu)缺點同標(biāo)記清除算法，解決了標(biāo)記清除算法的碎片化的問題，同時，標(biāo)記壓縮算法多了一步，對象移動內(nèi)存位置的步驟，其效率也有一定的影響。
復(fù)制算法的核心就是，將原有的內(nèi)存空間一分為二，每次只用其中的一塊，在垃圾回收時，將正在使用的對象復(fù)制到另一個內(nèi)存空間中，然后將該內(nèi)存空間清空，交換兩個內(nèi)存的角色，完成垃圾的回收。
如果內(nèi)存中的垃圾對象較多，需要復(fù)制的對象就較少，這種情況下適合使用該方式并且效率比較高，反之，則不適合。
1、在GC開始的時候，對象只會存在于Eden區(qū)和名為“From”的Survivor區(qū)，Survivor區(qū)“To”是空的。
2、緊接著進(jìn)行GC，Eden區(qū)中所有存活的對象都會被復(fù)制到“To”，而在“From”區(qū)中，仍存活的對象會根據(jù)它們的年齡值來決定去向。年齡達(dá)到一定值（年齡閥值，可以通過-XX:MaxTenuringThreshold來設(shè)置）的對象會被移動到年老代中，沒有達(dá)到閥值的對象會被復(fù)制到“To”區(qū)域。
3、經(jīng)過這次GC后，Eden區(qū)和From區(qū)已經(jīng)被清空。這個時候，“From”和“To”會交換他們的角色，也就是新的“To”就是上次GC前的“From”，新的“From”就是上次GC前的“To”。不管怎樣，都會保證名為To的Survivor區(qū)域是空的。
4、GC會一直重復(fù)這樣的過程，直到“To”區(qū)被填滿，“To”區(qū)被填滿之后，會將所有對象移動到年老代中。
優(yōu)點 ：
1、在垃圾對象多的情況下，效率較高。
2、清理后，內(nèi)存無碎片。
缺點 ：
1、在垃圾對象少的情況下，不適用，如 ：老年代內(nèi)存。
2、分配的2塊內(nèi)存空間，在同一時刻，只能使用一半，內(nèi)存使用率較低。
前面介紹了很多種回收算法，每一種算法都有自己的優(yōu)點也有缺點，誰都不能替代誰，所以根據(jù)垃圾回收對象的特點進(jìn)行選擇，才是明智的選擇。
分代算法其實就是這樣的，根據(jù)回收對象的特點進(jìn)行選擇，在jvm中，年輕代適合使用復(fù)制算法，老年代適合使用標(biāo)記清除或標(biāo)記壓縮算法。
在jvm中，實現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括 ：串行垃圾收集器、并行垃圾收集器、CMS（并發(fā)）垃圾收集器、G1垃圾收集器。
串行垃圾收集器，是指使用單線程進(jìn)行垃圾回收，垃圾回收時，只有一個線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停，等待垃圾回收的完成。這種現(xiàn)象稱之為STW （Stop-The-World）
對于交互性較強的應(yīng)用而言，這種垃圾收集器是不能夠接受的。
一般在javaweb應(yīng)用中是不會采用該收集器的。
在程序運行參數(shù)中添加2個參數(shù)，如下 ：
-XX:+UseSerialGC : 指定年輕代和老年代都使用串行垃圾收集器
-XX:+PrintGCDetails : 打印垃圾回收的詳細(xì)信息
為了測試GC，將堆的初始和最大內(nèi)存都設(shè)置為16M
-XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
啟動程序，可以看到下面信息 ：
GC日志信息解讀 ：
年輕代的內(nèi)存GC前后的大小 ：
DefNew : 表示使用的是串行垃圾收集器。
Allocation Failure : 表示內(nèi)存分配失敗。
4416K -> 512K(4928K) : 表示，年輕代GC前，占有4416K內(nèi)存，GC后，占有512K內(nèi)存，總大小4928K。
0.0046102 secs : 表示GC所用的時間，單位為毫秒。
4416K->1973K(15872K) : 表示，GC前，堆內(nèi)存占有4416K，GC后，占有1973K，總大小為15872K。
Full GC ：表示，內(nèi)存空間全部進(jìn)行GC
并行垃圾收集器在串行垃圾收集器的基礎(chǔ)之上做了改進(jìn)，將單線程改為了多線程進(jìn)行垃圾回收，這樣可以縮短垃圾回收的時間。（這里是指，
并行能力較強的機器）
當(dāng)然了，并行垃圾收集器在收集的過程中也會暫停應(yīng)用程序，這個和串行垃圾回收器是一樣的，只是并行執(zhí)行，速度更快些，暫停的時間
更短一些。
ParNew垃圾收集器是僅僅工作在年輕代上，只是將串行的垃圾收集器改為了并行。
通過-XX:+UseParNewGC參數(shù)設(shè)置年輕代使用ParNew回收器，老年代使用的依然是串行收集器。
參數(shù) ：
-XX:+UseParNewGC -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
打印出的信息
由以上信息可以看出，ParNew : 使用的是ParNew收集器。其他信息和串行收集器一致。
ParallelGC收集器工作機制和ParNewGC收集器一樣，只是在此基礎(chǔ)之上新增了兩個和系統(tǒng)吞吐量相關(guān)的參數(shù)，使得其使用起來更加的靈
活和高效。
相關(guān)參數(shù)如下 ：
-XX:+UseParellelGC
年輕代使用ParallelGC垃圾回收器，老年代使用串行回收器。
-XX:+UseParallelOldGC
年輕代使用ParallelGC垃圾回收器，老年代使用ParallelOldGC垃圾回收器。
-XX:MaxGCPauseMillis
設(shè)置最大的垃圾收集時的停頓時間，單位為毫秒。
需要注意的是，ParallelGC為了達(dá)到設(shè)置的停頓時間，可能會調(diào)整堆大小或其他的參數(shù)，如果堆的大小設(shè)置的較小，就會導(dǎo)致GC工作
變的很頻繁，反而可能會影響到性能。
該參數(shù)使用需謹(jǐn)慎。
-XX:+GCTimeRatio
設(shè)置垃圾回收時間占程序運行時間的百分比，公式為1/(1 + n)。
它的值為0 ~ 100之間的數(shù)字，默認(rèn)值是99，也就是垃圾回收時間不能超過1%。
-XX:UseAdaptiveSizePolicy
自適應(yīng)GC模式，垃圾回收器將自動調(diào)整新生代、老年代等參數(shù)，達(dá)到吞吐量、堆大小、停頓時間之間的平衡。
一般用于，手動調(diào)整參數(shù)比較困難的場景，讓收集器自動進(jìn)行調(diào)整。
參數(shù) ：
-XX:+UseParallelGC
-XX:+UseParallelOldGC
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:+PrintGCDetails
-Xms16m
-Xmx16m
有以上信息可以看出，年輕代和老年代都使用了ParallelGC垃圾回收器。
CMS全稱Concurrent Mark Sweep，是一款并發(fā)的、使用標(biāo)記-清除算法的垃圾回收器，該回收器是針對老年代垃圾回收的，通過參數(shù)-XX:+
UseConcMarkSweepGC進(jìn)行設(shè)置。
CMS垃圾回收器的執(zhí)行過程如下 ：
初始化標(biāo)記（CMS-initial-mark），標(biāo)記root，會導(dǎo)致stw；
并發(fā)標(biāo)記（CMS-concurrent-mark），與用戶線程同時運行；
預(yù)清理（CMS-concurrent-preclean），與用戶線程同時運行；
重新標(biāo)記（CMS-remark），會導(dǎo)致stw；
并發(fā)清除（CMS-concurrent-sweep），與用戶線程同時運行；
調(diào)整堆大小，設(shè)置CMS在清理之后進(jìn)行內(nèi)存壓縮，目的是清理內(nèi)存中的碎片；
并發(fā)重置狀態(tài)等待下次CMS的觸發(fā)（CMS-concurrent-reset），與用戶線程同時運行；
設(shè)置啟動參數(shù)
-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
由以上日志信息，可以看出CMS執(zhí)行的過程。
G1垃圾收集器是在jdk1.7中正式使用的全新的垃圾收集器，oracle官方計劃在jdk9中將G1變成默認(rèn)的垃圾
收集器，以替代CMS。
G1的設(shè)計原則就是簡化JVM性能調(diào)優(yōu)，開發(fā)人員只需要簡單的三步即可完成調(diào)優(yōu) ：
1. 第一步，開啟G1垃圾收集器
2. 第二步，設(shè)置堆的最大內(nèi)存
3. 第三部，設(shè)置最大的停頓時間
G1中提供了三種模式垃圾回收模式，Young GC、Mixed GC和Full GC，在不同的條件下被觸發(fā)。
G1垃圾收集器相對比其他收集器而言，最大的區(qū)別在于它取消了年輕代、老年代的物理劃分，取而代之的是將堆劃分為若
干個區(qū)域（Region），這些區(qū)域中包含了有邏輯上的年輕代、老年代區(qū)域。
這樣做的好處就是，我們再也不用單獨的空間對每個代進(jìn)行設(shè)置了，不用擔(dān)心每個代內(nèi)存是否足夠。
在G1劃分的區(qū)域中，年輕代的垃圾收集依然采用暫停所有應(yīng)用線程的方式，將存活對象拷貝到老年代或者Survivor空間，G1
收集器通過將對象從一個區(qū)域復(fù)制到另外一個區(qū)域，完成了清理工作。
這就意味著，在正常的處理過程中，G1完成了堆的壓縮（至少是部分堆的壓縮），這樣也就不會有cms內(nèi)存碎片問題的存在了。
在G1，有一個特殊的區(qū)域，叫Humongous區(qū)域。
如果一個對象占用的空間超過了分區(qū)容量50%以上，G1收集器就認(rèn)為這是一個巨型對象。
這些巨型對象，默認(rèn)直接會被分配在老年代，但是如果它是一個短期存在的巨型對象，就會對垃圾收集器造成影響。
為了解決這個問題，G1劃分了一個Humongous區(qū)，它用來專門存放巨型對象。如果一個H區(qū)裝不下一個巨型對象，那么G1
會尋找連續(xù)的H分區(qū)來存儲。為了能找到連續(xù)的H區(qū)，有時候不得不啟動Full GC。
Young GC主要是對Eden區(qū)進(jìn)行GC，它在Eden空間耗盡時會被觸發(fā)。
Eden空間的數(shù)據(jù)移動到Survivor空間中，如果Survivor空間不夠，Eden空間的部分?jǐn)?shù)據(jù)會直接晉升到年老代空間。
Survivor區(qū)的數(shù)據(jù)移動到新的Survivor區(qū)中，也有部分?jǐn)?shù)據(jù)晉升到老年代空間中。
最終Eden空間的數(shù)據(jù)為空，GC停止工作，應(yīng)用線程繼續(xù)執(zhí)行。
在GC年輕代的對象時，我們?nèi)绾握业侥贻p代中對象的根對象呢？
根對象可能是在年輕代中，也可以在老年代中，那么老年代中的所有對象都是根么？
如果全量掃描老年代，那么這樣掃描下來會耗費大量的時間。
于是，G1引進(jìn)了RSet的概念。它的全稱是Remenbreed Set，其作用是跟蹤指向某個堆內(nèi)的對象引用。
每個Region初始化時，會初始化一個RSet，該集合用來記錄并跟蹤其它Region指向該Region中對象的引用，每個Region默認(rèn)
按照512kb劃分成多個Card，所以RSet需要記錄的東西應(yīng)該是xx Region的xx Card。
每個RSet集合就是記錄每個Region中對象被引用的信息。這樣尋找根對象時直接掃描RSet集合就行。
當(dāng)越來越多的對象晉升到老年代old region時，為了避免堆內(nèi)存被耗盡，虛擬機會觸發(fā)一個混合的垃圾收集器，即Mixed GC，
該算法并不是一個Old GC，除了回收整個YoungRegin，還會回收一部分的Old Region，這里需要注意 ：是一部分老年代，而
不是全部老年代，可以選擇那些old region進(jìn)行收集，從而可以對垃圾回收的耗時時間進(jìn)行控制。也要注意的是Mixed GC并不是
Full GC。
Mixed GC什么時候觸發(fā)？由參賽-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n 決定。默認(rèn) ：45%，該參數(shù)的意思是 ：當(dāng)老年代大小
占整個堆大小百分比達(dá)到該閥值時觸發(fā)。
它的GC步驟分2步 ：
1 . 全局并發(fā)標(biāo)記（global concurrent marking）
2 . 拷貝存活對象（evacuation）
全局并發(fā)標(biāo)記，執(zhí)行過程分為五個步驟 ：
初始標(biāo)記（initial mark,STW）
標(biāo)記從根節(jié)點直接可達(dá)的對象，這個階段會執(zhí)行一次年輕代GC，會產(chǎn)生全局停頓。
根區(qū)域掃描（root region scan）
G1 GC在初始標(biāo)記的存活區(qū)掃描對老年代的引用，并標(biāo)記被引用的對象。
該階段與應(yīng)用程序（非STW）同時運行，并且只有完成該階段后，才能開始下一次STW年輕代垃圾回收。
并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Marking）
G1 GC在整個堆中查找可訪問的（存活的）對象。該階段與應(yīng)用程序同時運行，可以被STW年輕代垃圾回收中斷。
重新標(biāo)記（Renark，STW）
該階段是STW回收，因為程序在運行，針對上一次的標(biāo)記進(jìn)行修正。
清除垃圾（Cleanup，STW）
清除和重置標(biāo)記狀態(tài)，該階段會STW，這個階段并不會實際上去做垃圾的收集，等待evacuation 階段來回收。
Evacuation階段是全暫停的。該階段把一部分Region里的活對象拷貝到另一部分Region中，從而實現(xiàn)垃圾的回收清理。
-XX:+UseG1GC
使用G1垃圾收集器
-XX:MaxGCPauseMillis
設(shè)置期望達(dá)到的最大GC停頓時間指標(biāo)（JVM會盡力實現(xiàn)，但不保證達(dá)到），默認(rèn)值是200毫秒。
-XX:G1HeapRegionSize=n
設(shè)置的G1區(qū)域的大小。值時2的冪，范圍是1MB到32MB之間。目標(biāo)是根據(jù)最小的Java堆大小劃分出約2048個區(qū)域。
默認(rèn)是堆內(nèi)存的1/2000。
-XX:ConcGCThreads=n
設(shè)置并行標(biāo)記的線程數(shù)。將n設(shè)置為并行垃圾回收線程數(shù)（ParallelGCThreads）的1/4左右。
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n
設(shè)置觸發(fā)標(biāo)記周期的Java堆占有率閥值。默認(rèn)占用率是整個Java堆的45%。
-XX:+UseG!GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+PrintGCDetails -Xmx256m
年輕代大小
避免使用-Xmn選項或-XX:NewRatio等其他相關(guān)選項顯示設(shè)置年輕代大小。
固定年輕代的大小會覆蓋暫停時間目標(biāo)。
暫停時間目標(biāo)不要太過嚴(yán)苛
G1 GC的吞吐量目標(biāo)是90%的應(yīng)用程序時間和10%的垃圾回收時間。
評估G1 GC的吞吐量時，暫停時間目標(biāo)不要太嚴(yán)苛。目標(biāo)太多嚴(yán)苛表示您愿意承受更多的垃圾回收開銷，而這會直接影響到吞吐量。
前面通過-XX:+PrintGCDetail可以對GC日志進(jìn)行打印，我們就可以在控制臺查看，這樣雖然可以查看GC的信息，但是并不直觀，可以借助于
第三方的GC的日志分析工具進(jìn)行查看。
在日志打印輸出設(shè)計到的參數(shù)如下 ：
-XX:+PrintGC 輸出GC日志
-XX:+PrintGCDetails 輸出GC的詳細(xì)日志
-XX:+PrintGCTimeStamps 輸出GC的時間戳（以基準(zhǔn)時間的形式）
-XX:+PrintGCDateStamps 輸出GC的時間戳（以日期的形式，如2013-05-04T21:53:59.234+0800)
-XX:+PrintHeapAtGC 在進(jìn)行GC的前后打印出堆的信息
-Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的輸出路徑
測試 ：
-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -Xmx256m -XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC
-Xloggc:F://test//gc.log
運行后就可以在F盤下生成gc.log文件。
GC Easy是一款在線的可視化工具，易用、功能強大，網(wǎng)站 ：https://gceasy.io/
這個是顯示JVM堆的總大小、年輕代大小、老年代大小。
這個是顯示GC停頓時間和吞吐率
各個GC執(zhí)行情況
