垃圾回收器

比眉伴天荒 2023-10-04 20:49 57阅读 0赞

俗话说“没有那金刚钻，就别揽瓷器活”，再好的理论实现总要有对应的工具才能实现，今天我们来讲解垃圾回收，如果说垃圾回收算法是内存回收的方法论，那么收集器就是垃圾回收的实践者。

1.  #### 垃圾回收的分类 ####

<table style="table-layout:fixed;width:28px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:154px;vertical-align:top;height:99px;"><p style="text-align:center;">线程数</p></td> 
   <td style="width:241px;vertical-align:top;height:50px;"><p style="text-align:center;">单线程（串行）垃圾回收器</p></td> 
   <td colspan="2" style="width:294px;vertical-align:top;height:50px;"><p style="">只有一个线程进行垃圾回收，适用于小型的使用场景，垃圾回收时，其他用户线程会暂停</p></td> 
   <td style="width:144px;vertical-align:top;height:50px;"> 
    <div style="display:flex;justify-content:center;"> 
     <div style="flex-direction:column;max-width:100%;display:flex;width:792px;justify-content:center;align-items:center;height:auto;"> 
      <div style="padding-top:42.42424%;height:0;"> 
       <img src="https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/bad957af50662ee0c2ff55fe0d9eca2b.png" style="margin-left:;display:block;width:792px;margin-top:-42.42424%;height:auto;"> 
      </div> 
     </div> 
    </div><p style=""></p></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:241px;vertical-align:top;height:49px;"><p style="text-align:center;">多线程垃圾回收器（parallel）</p></td> 
   <td colspan="2" style="width:294px;vertical-align:top;height:49px;"><p style="">多线程垃圾回收器内部提供多个线程进行垃圾回收，在多cpu情况下大大提升垃圾回收效率，但同样也会暂停其他用户线程</p></td> 
   <td style="width:144px;vertical-align:top;height:49px;"> 
    <div style="display:flex;"> 
     <div style="flex-direction:column;max-width:100%;display:flex;width:702px;justify-content:center;align-items:center;height:auto;"> 
      <div style="padding-top:48.71795%;height:0;"> 
       <img src="https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/fecd09ff0178109105dae81e1152135b.png" style="margin-left:;display:block;width:702px;margin-top:-48.71795%;height:auto;"> 
      </div> 
     </div> 
    </div><p style=""></p></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:154px;vertical-align:top;height:104px;"><p style="text-align:center;">工作模式</p></td> 
   <td style="width:241px;vertical-align:top;height:52px;"><p style="text-align:center;">独占式</p></td> 
   <td colspan="3" style="width:438px;vertical-align:top;height:52px;"><p style="">垃圾回收线程执行时，其他线程暂停</p></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:241px;vertical-align:top;height:52px;"><p style="text-align:center;">并发式</p></td> 
   <td colspan="3" style="width:438px;vertical-align:top;height:52px;"><p style="">垃圾回收线程可以和用户线程同时执行</p></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:154px;vertical-align:top;height:104px;"><p style="text-align:center;">工作的内存空间</p></td> 
   <td colspan="4" style="width:679px;vertical-align:top;height:52px;"><p style="text-align:center;">年轻代垃圾回收器</p></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td colspan="4" style="width:679px;vertical-align:top;height:52px;"><p style="text-align:center;">老年代垃圾回收器</p></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.  #### 垃圾回收器的性能指标 ####

*  **暂停时间**：执行垃圾收集时，程序的工作线程被暂时停止

*  **吞吐量**：运行用户代码的时间占总运行时间的比例（总运行时间：程序的运行时间+内存回收的时间）

*  **回收速度**：一个对象从诞生到被回收锁经历的时间

*  **占用内存大小**：java堆区所占的内存大小

#### 3.CMS回收器 ####

CMS(Concurrent Mark Sweep,并发标记清除)收集器是以获取最短回收停顿时间为目标的收集器

**垃圾回收过程**：

1.  **初始标记**：独占式的暂停用户线程

1.  **并发标记**：垃圾回收线程与用户线程并发（同时）执行

1.  **重新标记**：独占式的暂停用户线程

1.  **并发清除**：垃圾回收线程与用户线程并发（同时）执行，进行垃圾对象的清除

**优点**：可以做到并发收集

**缺点**：使用标记清除算法，会产生内存碎片，并发执行影响到用户线程，无法处理浮动垃圾

#### 4.三色标记 ####

CMS在并发执行的过程中，标记垃圾对象时有不确定性，所以在标记时，将对象分为3种颜色

**黑色**：例如GCRoots确定是存活对象

**灰色**：在黑色对象中关联的对象，其中还有未扫描的，之后还需要再次进行扫描

**白色**：与黑色，灰色无关联的，垃圾算法不可达的对象

**标记过程**：

1.  先确定GCRoots，把GCRoots标记为黑色

1.  与GCRoots关联，关联的对象标记为灰色

1.  在此遍历灰色，灰色变为黑色，灰色下面有关联的对象，关联的对象变为灰色

1.  最终保留黑色、灰色，回收白色对象

在三色标记时，有可能会出现**漏标**、**错标**的问题

**漏标**：

![445afec2f5fcd3eadd0acae61a30458a.png][]

> 由于灰色被赋予null值之后，与黑色的连接中断，在本轮GC不会回收灰色以及白色对象，算浮动垃圾的一部分

错标：

![9173f04354c41bf1232e15a84af906a7.png][]

> B到C的引用被切断，A到C的引用被建立  
> 此时GC线程继续工作，由于B不在引用C了，尽管A又引用了C,但是A已经是黑色了，等下次GC并不会对A进行扫描遍历，进而D会标记为白色，最后被当成垃圾回收

错标的出现满足下列情况才能发生？

1.  原始快照（灰色指向白色的引用全部断开）

1.  增量更新（黑色指向白色的引用被建立）

#### 5.G1(Garbage First)回收器 ####

G1是一款面向服务端应用的垃圾收集器，在延迟可控的情况下获得尽可能高的吞吐量

![ea628eddfe05bdc57407d8d6b09a4e68.png][]

G1把堆内存分割成为很多不相关的区域（物理上不连续的逻辑上连续的），有计划地避免在整个java堆中进行全区域的垃圾收集，在后台维护一个优先列表,每次根据允许的时间，优先回收价值最大的Region

![36f6ab34f385a54a822fab513e9c58a5.png][]

1.  **初始标记**：标记出GCRoots直接关联对象，这个阶段速度较快，需要停止用户线程，单线程执行

1.  **并发标记**：从GCRoots开始对堆内的对象进行可达性分析，找出存活对象，这个阶段耗时较长，但可以和用户线程并发执行

1.  **最终标记**：修正在并发标记阶段引用户程序执行而产生变动的标记记录

1.  **筛选回收**：对各个Region进行了重新排序，用第一时间去清理垃圾最多的区块（用最少的时间去回收包含垃圾最多的区域）

[445afec2f5fcd3eadd0acae61a30458a.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/445afec2f5fcd3eadd0acae61a30458a.png
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