目录

垃圾收集算法

标记-清除

标记-复制

标记-整理

分代收集算法

垃圾收集器

CMS收集器

G1 收集器

Serial收集器

ParNew收集器

Parallel Scavenge 收集器

Serial Old 收集器

Parallel Old 收集器

引用类型总结

调优

调优命令

调优工具

调优参数

如何判断类是无用的类？

对象一定分配在堆中吗？了解逃逸分析技术吗？

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垃圾收集算法

标记-清除

首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。

问题

• 效率问题：标记和清除两个过程效率都不高。

• 空间问题：标记清除后会产生大量不连续的内存碎片。

标记-复制

为了解决效率问题，“标记-复制”收集算法出现了

将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块。当这一块的内存使用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉。这样就使每次的内存回收都是对内存区间的一半进行回收。

问题：

• 可用内存变小：可用内存缩小为原来的一半。

• 不适合老年代：如果存活对象数量比较大，复制性能会变得很差。

标记-整理

根据老年代的特点提出的一种标记算法

标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象回收，而是让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

问题：由于多了整理这一步，因此效率也不高，适合老年代这种垃圾回收频率不是很高的场景。

分代收集算法

根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将 java 堆分为新生代和老年代，这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。

垃圾收集器

CMS收集器

CMS收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。它非常符合在注重用户体验的应用上使用。

CMS收集器是 HotSpot 虚拟机第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程（基本上）同时工作。 “标记-清除”算法实现

整个过程分为四个步骤：

• 初始标记： 暂停所有的其他线程，并记录下直接与 root 相连的对象，速度很快 ；

• 并发标记： 同时开启 GC 和用户线程，用一个闭包结构去记录可达对象。但在这个阶段结束，这个闭包结构并不能保证包含当前所有的可达对象。因为用户线程可能会不断的更新引用域，所以 GC 线程无法保证可达性分析的实时性。所以这个算法里会跟踪记录这些发生引用更新的地方。

• 重新标记： 重新标记阶段就是为了修正并发标记期间因为用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段的时间稍长，远远比并发标记阶段时间短

• 并发清除： 开启用户线程，同时 GC 线程开始对未标记的区域做清扫。

优点：并发收集、低停顿。

缺点：

• 对 CPU 资源敏感；

• 无法处理浮动垃圾；

• 它使用的回收算法-“标记-清除”算法会导致收集结束时会有大量空间碎片产生

G1 收集器

G1 (Garbage-First) 是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足 GC 停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征.

被视为 JDK1.7 中 HotSpot 虚拟机的一个重要进化特征。它具备以下特点：

• 并行与并发：G1 能充分利用 CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个 CPU（CPU 或者 CPU 核心）来缩短 Stop-The-World 停顿时间。部分其他收集器原本需要停顿 Java 线程执行的 GC 动作，G1 收集器仍然可以通过并发的方式让 java 程序继续执行。

• 分代收集：虽然 G1 可以不需要其他收集器配合就能独立管理整个 GC 堆，但是还是保留了分代的概念。

• 空间整合：与 CMS 的“标记-清除”算法不同，G1 从整体来看是基于“标记-整理”算法实现的收集器；从局部上来看是基于“标记-复制”算法实现的。

• 可预测的停顿：这是 G1 相对于 CMS 的另一个大优势，降低停顿时间是 G1 和 CMS 共同的关注点，但 G1 除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为 M 毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过 N 毫秒。

G1 收集器的运作大致分为以下几个步骤：

• 初始标记

• 并发标记

• 最终标记

• 筛选回收

G1 收集器在后台维护了一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先选择回收价值最大的 Region(这也就是它的名字 Garbage-First 的由来) 。这种使用 Region 划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了 G1 收集器在有限时间内可以尽可能高的收集效率（把内存化整为零）。

从 JDK9 开始，G1 垃圾收集器成为了默认的垃圾收集器。

Serial收集器

(新生代采用标记-复制算法，老年代采用标记-整理算法，单线程)

Serial（串行）收集器是一个单线程收集器。它只会使用一条垃圾收集线程去完成垃圾收集工作，它在进行垃圾收集工作的时候必须暂停其他所有的工作线程（ "Stop The World" ），直到它收集结束。

ParNew收集器

(新生代采用标记-复制算法，老年代采用标记-整理算法，多线程)

ParNew 收集器其实就是 Serial 收集器的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集外，其余行为（控制参数、收集算法、回收策略等等）和 Serial 收集器完全一样。

Parallel Scavenge 收集器

(新生代采用标记-复制算法，老年代采用标记-整理算法，多线程收集器)

Parallel Scavenge 收集器关注点是吞吐量（高效率的利用 CPU）。CMS 等垃圾收集器的关注点更多的是用户线程的停顿时间（提高用户体验）。

Serial Old 收集器

Serial 收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器。它主要有两大用途：一种用途是在 JDK1.5 以及以前的版本中与 Parallel Scavenge 收集器搭配使用，另一种用途是作为 CMS 收集器的后备方案。

Parallel Old 收集器

Parallel Scavenge 收集器的老年代版本。使用多线程和“标记-整理”算法。在注重吞吐量以及 CPU 资源的场合，都可以优先考虑 Parallel Scavenge 收集器和 Parallel Old 收集器。

引用类型总结

强引用

如果一个对象具有强引用，垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足，Java 虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError 错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

软引用（常用）

如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

弱引用

在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程， 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

虚引用

如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。 虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

调优

调优命令

Sun JDK监控和故障处理命令有jps jstat jmap jhat jstack jinfo

• jps，显示指定系统内所有的HotSpot虚拟机进程。

• jstat，是用于监视虚拟机运行时状态信息的命令，它可以显示出虚拟机进程中的类装载、内存、垃圾收集、JIT编译等运行数据。

• jmap，命令用于生成heap dump文件

• jhat，命令是与jmap搭配使用，用来分析jmap生成的dump，jhat内置了一个微型的HTTP/HTML服务器，生成dump的分析结果后，可以在浏览器中查看

• jstack，用于生成java虚拟机当前时刻的线程快照。

• jinfo，这个命令作用是实时查看和调整虚拟机运行参数。

调优工具

常用调优工具分为两类,jdk自带监控工具：jconsole和jvisualvm，第三方有：MAT(Memory Analyzer Tool)、GChisto。

• jconsole，Java Monitoring and Management Console是从java5开始，在JDK中自带的java监控和管理控制台，用于对JVM中内存，线程和类等的监控

• jvisualvm，jdk自带全能工具，可以分析内存快照、线程快照；监控内存变化、GC变化等。

• MAT，Memory Analyzer Tool，一个基于Eclipse的内存分析工具，是一个快速、功能丰富的Java heap分析工具，它可以帮助我们查找内存泄漏和减少内存消耗

• GChisto，一款专业分析gc日志的工具

调优参数

「堆栈内存相关」

• -Xms 设置初始堆的大小

• -Xmx 设置最大堆的大小

• -Xmn 设置年轻代大小，相当于同时配置-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize为一样的值

• -Xss 每个线程的堆栈大小

• -XX:NewSize 设置年轻代大小(for 1.3/1.4)

• -XX:MaxNewSize 年轻代最大值(for 1.3/1.4)

• -XX:NewRatio 年轻代与年老代的比值(除去持久代)

• -XX:SurvivorRatio Eden区与Survivor区的的比值

• -XX:PretenureSizeThreshold 当创建的对象超过指定大小时，直接把对象分配在老年代。

• -XX:MaxTenuringThreshold设定对象在Survivor复制的最大年龄阈值，超过阈值转移到老年代

「垃圾收集器相关」

-XX:+UseParallelGC：选择垃圾收集器为并行收集器。

• -XX:ParallelGCThreads=20：配置并行收集器的线程数

• -XX:+UseConcMarkSweepGC：设置年老代为并发收集。

• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 由于并发收集器不对内存空间进行压缩、整理，所以运行一段时间以后会产生“碎片”，使得运行效率降低。此值设置运行5次GC以后对内存空间进行压缩、整理。

• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片

「辅助信息相关」

• -XX:+PrintGCDetails 打印GC详细信息

• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError让JVM在发生内存溢出的时候自动生成内存快照,排查问题用

• -XX:+DisableExplicitGC禁止系统System.gc()，防止手动误触发FGC造成问题.

• -XX:+PrintTLAB 查看TLAB空间的使用情况

如何判断类是无用的类？

• 该类所有的实例都已经被回收，也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例。

• 加载该类的 ClassLoader 已经被回收。

• 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

对象一定分配在堆中吗？了解逃逸分析技术吗？

不一定的，JVM通过「逃逸分析」，那些逃不出方法的对象会在栈上分配。

「什么是逃逸分析？」

逃逸分析是一种可以有效减少Java 程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法。通过逃逸分析，Java Hotspot编译器能够分析出一个新的对象的引用的使用范围，从而决定是否要将这个对象分配到堆上。

逃逸分析是指分析指针动态范围的方法，它同编译器优化原理的指针分析和外形分析相关联。当变量（或者对象）在方法中分配后，其指针有可能被返回或者被全局引用，这样就会被其他方法或者线程所引用，这种现象称作指针（或者引用）的逃逸(Escape)。通俗点讲，如果一个对象的指针被多个方法或者线程引用时，那么我们就称这个对象的指针发生了逃逸。

「逃逸分析的好处」

• 栈上分配，可以降低垃圾收集器运行的频率。

• 同步消除，如果发现某个对象只能从一个线程可访问，那么在这个对象上的操作可以不需要同步。

• 标量替换，把对象分解成一个个基本类型，并且内存分配不再是分配在堆上，而是分配在栈上。这样的好处有，一、减少内存使用，因为不用生成对象头。二、程序内存回收效率高，并且GC频率也会减少。