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準備知識：

存活性分析（怎麼找到垃圾）：

1.Reference Count引用計數

物件被引用，計數器加一，如果數值減到0，就判斷這個物件是垃圾，可以被回收。Objective-C使用這種方式

                    圖1-1

2.Root Searching根可達演算法

像（圖1-2）中A,B,C相互引用的情況，按引用計數都是1，不是垃圾，不會被回收。

但沒有其他物件引用這3個物件，在java中是可被回收的垃圾

                                 圖1-2

根可達演算法：簡單地說，如果可以從任何一個已經定義的變數開始，直接或者通過其他物件的引用來訪問到某個物件，則該物件是可達的

                                                                                                    圖1-3

根物件：

• 執行緒變數：從一個main方法執行開始，main執行緒棧中呼叫到的其他方法，main執行緒棧中訪問到的物件
• 靜態變數：方法區中的類靜態屬性引用的物件
• 常量池：方法區中的常量引用的物件
• JNI指標：本地方法棧中JNI（Native方法）的引用的物件

主流程式語言均使用根可達演算法

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一、常用的垃圾回收演算法

一）Mark-Sweep(標記清除演算法)

                                          圖2-1

標記階段：通過根可達演算法，將沿途的物件進行標記，標記為存活物件，其他未被標記的物件就是可回收物件。

清除階段：將全部物件掃描一遍，沒有標記的物件都進行清除。

特點：

演算法相對簡單，在存活物件比較多的情況下，效率比較高

掃描2遍，效率偏低

容易產生碎片

標記清除演算法不適合Eden區

二）Copying(拷貝演算法)

                                            圖2-2

拷貝演算法：準備一塊新空間，將存活物件都複製到新空間中。然後將舊空間中的物件全部回收。

特點：

適合存活物件較少的情況，適合Eden區

相對於複製清楚演算法，節省了存在大量物件時重新掃描一遍記憶體的開銷，且不會產生碎片

但是，增加了記憶體消耗，實際記憶體使用率僅50%

HotSpot虛擬機器的Serial、ParNew等新生代收集器均採用半區複製分代策略

三）Mark-Compact(標記壓縮)

                                            圖2-3

標記階段（與標記清除演算法相同）：過根可達演算法，將沿途的物件進行標記，標記為存活物件，其他未被標記的物件就是可回收物件。

壓縮階段：

1. 遍歷堆, 將所有物件通過計算得到新的地址並儲存
2. 遍歷堆, 將所有子物件的地址更新為新的地址, 同時更新根集合中的指標.
3. 遍歷堆, 將物件集體遷移. 指標的問題都解決了, 可以將物件搬到新家了.

常用實現演算法：Lisp2演算法、Two-Finger演算法

特點：

不會產生碎片，不會產生記憶體減半的問題

掃描2次，需要移動物件，效率偏低

二、垃圾回收器的分代

ZGC之前的演算法存在分代，ZGC及以後的演算法不在進行分代

垃圾回收器分代，分為邏輯分代和物理分代

其中，G1僅在邏輯分代，物理不分代

                                                   圖3-1

物理分代：

區分為：Young(新生代)    Old(老年代)  其中新生代：老年代=1:3

新生代又可以細分為：Eden區，Survivor區（分為survivor0,survivor1，也是常說的from,to）

按垃圾回收發生的範圍：

• 新生代收集Minor GC/Young GC：指目標只是新生代的垃圾收集。
• 老年代收集Major GC/Old GC：指目標只是老年代的垃圾收集。
• 整堆收集（Full GC）：收集整個Java堆和方法區的垃圾收集。

新建立的物件都會被分配到Eden區(一些大物件特殊處理),這些物件經過第一次Minor GC後，如果仍然存活，將會被移到Survivor區。物件在Survivor區中每熬過一次Minor GC，年齡就會增加1歲，當它的年齡增加到一定程度時，就會被移動到年老代中

當Survivor空間不足以容納一次Minor GC之後存活的物件時，就需要依賴其他記憶體區域（實
際上大多就是老年代）進行分配擔保（Handle Promotion）

新生代 + 老年代 + 永久代（1.7）Perm Generation/ 後設資料區(1.8) Metaspace
   1. 永久代 後設資料 - Class
   2. 永久代必須指定大小限制 ，後設資料可以設定，也可以不設定，無上限（受限於實體記憶體）
   3. 字串常量 1.7 - 永久代，1.8 - 堆
   4. MethodArea邏輯概念 - 永久代、後設資料

三、常用的垃圾回收器

 

                                      圖4-1                                                                                         圖4-2

1. Serial 年輕代          序列回收
2. PS 年輕代               並行回收（jdk1.8預設）
3. ParNew 年輕代      配合CMS的並行回收
4. SerialOld 
5. ParallelOld

Serial:當工作時所有工作執行緒都停止，當工作的時候斷開的執行緒則是垃圾，如果突然加入Serial，則停止，進行垃圾清理

safe point: 執行緒停止

Serial Old:用在老年代，使用標記壓縮的演算法，用的也是單執行緒

Parallel Scavenge：jdk1.8預設垃圾回收器

Parallel Old:標記壓縮演算法

ParNew: Parallel New,在Parallel Scavenge的基礎上做了一些增強，以便可以配合CMS使用

CMS：

                                                 圖4-3

1. 初始標記：標記根節點
2. 併發標記：工作執行緒和標記同事進行（CMS耗時最長的階段）
3. 重新標記：併發標記過程中重新產生的垃圾，重新標記一次
4. 併發清理：併發清理階段會產生浮動垃圾

ConcurrentMarkSweep 老年代 併發的， 垃圾回收和應用程式同時執行，降低STW的時間(200ms)
CMS問題比較多，所以現在沒有一個版本預設是CMS，只能手工指定
CMS既然是MarkSweep，

1. 就一定會有碎片化的問題，碎片到達一定程度，
2. CMS的老年代分配物件分配不下的時候，使用SerialOld 進行老年代回收 

併發標記的演算法

CMS使用：三色標記演算法+incremental Update演算法

G1：三色標記演算法+SATB演算法，主要配合他的Rset來進行

ZGC：用的是顏色指標