一、基本回收算法

1. 引用計數(shù)（Reference Counting）
比較古老的回收算法。原理是此對象有一個引用，即增加一個計數(shù)，刪除一個引用則減少一個計數(shù)。垃圾回收時，只用收集計數(shù)為0的對象。此算法最致命的是無法處理循環(huán)引用的問題。
2. 標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）
此算法執(zhí)行分兩階段。第一階段從引用根節(jié)點開始標(biāo)記所有被引用的對象，第二階段遍歷整個堆，把未標(biāo)記的對象清除。此算法需要暫停整個應(yīng)用，同時，會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
3. 復(fù)制（Copying）
此算法把內(nèi)存空間劃為兩個相等的區(qū)域，每次只使用其中一個區(qū)域。垃圾回收時，遍歷當(dāng)前使用區(qū)域，把正在使用中的對象復(fù)制到另外一個區(qū)域中。次算法每次只處理正在使用中的對象，因此復(fù)制成本比較小，同時復(fù)制過去以后還能進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)存整理，不過出現(xiàn)“碎片”問題。當(dāng)然，此算法的缺點也是很明顯的，就是需要兩倍內(nèi)存空間。
4. 標(biāo)記-整理（Mark-Compact）
此算法結(jié)合了 “標(biāo)記-清除”和“復(fù)制”兩個算法的優(yōu)點。也是分兩階段，第一階段從根節(jié)點開始標(biāo)記所有被引用對象，第二階段遍歷整個堆，把清除未標(biāo)記對象并且把存活對象 “壓縮”到堆的其中一塊，按順序排放。此算法避免了“標(biāo)記-清除”的碎片問題，同時也避免了“復(fù)制”算法的空間問題。
5. 增量收集（Incremental Collecting）
實施垃圾回收算法，即：在應(yīng)用進(jìn)行的同時進(jìn)行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器沒有使用這種算法的。
6. 分代（Generational Collecting）

基于對對象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把對象分為年青代、年老代、持久代，對不同生命周期的對象使用不同的算法（上述方式中的一個）進(jìn)行回收?，F(xiàn)在的垃圾回收器（從J2SE1.2開始）都是使用此算法的。

1. Young（年輕代）
年輕代分三個區(qū)。一個Eden區(qū)，兩個 Survivor區(qū)。大部分對象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時，還存活的對象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個中的一個），當(dāng)這個 Survivor區(qū)滿時，此區(qū)的存活對象將被復(fù)制到另外一個Survivor區(qū)，當(dāng)這個Survivor去也滿了的時候，從第一個Survivor區(qū)復(fù)制過來的并且此時還存活的對象，將被復(fù)制“年老區(qū)(Tenured)”。需要注意，Survivor的兩個區(qū)是對稱的，沒先后關(guān)系，所以同一個區(qū)中可能同時存在從Eden復(fù)制過來對象，和從前一個Survivor復(fù)制過來的對象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從第一個Survivor去過來的對象。而且，Survivor區(qū)總有一個是空的。
2. Tenured（年老代）
年老代存放從年輕代存活的對象。一般來說年老代存放的都是生命期較長的對象。
3. Perm（持久代）
用于存放靜態(tài)文件，如今Java類、方法等。持久代對垃圾回收沒有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate等，在這種時候需要設(shè)置一個比較大的持久代空間來存放這些運行過程中新增的類。持久代大小通過-XX:MaxPermSize=<N>進(jìn)行設(shè)置。

二、GC類型
GC有兩種類型：Scavenge GC和Full GC。

1. Scavenge GC
一般情況下，當(dāng)新對象生成，并且在Eden申請空間失敗時，就好觸發(fā)Scavenge GC，堆Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對象，并且把尚且存活的對象移動到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個區(qū)。
2. Full GC
對整個堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：
* Tenured被寫滿
* Perm域被寫滿
* System.gc()被顯示調(diào)用
* 上一次GC之后Heap的各域分配策略動態(tài)變化

分代垃圾回收過程演示

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二、垃圾回收器

目前的收集器主要有三種：串行收集器、并行收集器、并發(fā)收集器。

1. 串行收集器

使用單線程處理所有垃圾回收工作，因為無需多線程交互，所以效率比較高。但是，也無法使用多處理器的優(yōu)勢，所以此收集器適合單處理器機(jī)器。當(dāng)然，此收集器也可以用在小數(shù)據(jù)量（100M左右）情況下的多處理器機(jī)器上?？梢允褂?XX:+UseSerialGC打開。

2. 并行收集器
1. 對年輕代進(jìn)行并行垃圾回收，因此可以減少垃圾回收時間。一般在多線程多處理器機(jī)器上使用。使用-XX:+UseParallelGC.打開。并行收集器在J2SE5.0第六6更新上引入，在Java SE6.0中進(jìn)行了增強(qiáng)--可以堆年老代進(jìn)行并行收集。如果年老代不使用并發(fā)收集的話，是使用單線程進(jìn)行垃圾回收，因此會制約擴(kuò)展能力。使用-XX:+UseParallelOldGC打開。
2. 使用-XX:ParallelGCThreads=<N>設(shè)置并行垃圾回收的線程數(shù)。此值可以設(shè)置與機(jī)器處理器數(shù)量相等。
3. 此收集器可以進(jìn)行如下配置：
* 最大垃圾回收暫停:指定垃圾回收時的最長暫停時間，通過-XX:MaxGCPauseMillis=<N>指定。<N>為毫秒.如果指定了此值的話，堆大小和垃圾回收相關(guān)參數(shù)會進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到指定值。設(shè)定此值可能會減少應(yīng)用的吞吐量。
* 吞吐量:吞吐量為垃圾回收時間與非垃圾回收時間的比值，通過-XX:GCTimeRatio=<N>來設(shè)定，公式為1/（1+N）。例如，-XX:GCTimeRatio=19時，表示5%的時間用于垃圾回收。默認(rèn)情況為99，即1%的時間用于垃圾回收。

3. 并發(fā)收集器
可以保證大部分工作都并發(fā)進(jìn)行（應(yīng)用不停止），垃圾回收只暫停很少的時間，此收集器適合對響應(yīng)時間要求比較高的中、大規(guī)模應(yīng)用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打開。
1. 并發(fā)收集器主要減少年老代的暫停時間，他在應(yīng)用不停止的情況下使用獨立的垃圾回收線程，跟蹤可達(dá)對象。在每個年老代垃圾回收周期中，在收集初期并發(fā)收集器會對整個應(yīng)用進(jìn)行簡短的暫停，在收集中還會再暫停一次。第二次暫停會比第一次稍長，在此過程中多個線程同時進(jìn)行垃圾回收工作。
2. 并發(fā)收集器使用處理器換來短暫的停頓時間。在一個N個處理器的系統(tǒng)上，并發(fā)收集部分使用K/N個可用處理器進(jìn)行回收，一般情況下1<=K<=N/4。
3. 在只有一個處理器的主機(jī)上使用并發(fā)收集器，設(shè)置為incremental mode模式也可獲得較短的停頓時間。
4. 浮動垃圾：由于在應(yīng)用運行的同時進(jìn)行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收進(jìn)行完成時產(chǎn)生，這樣就造成了“Floating Garbage”，這些垃圾需要在下次垃圾回收周期時才能回收掉。所以，并發(fā)收集器一般需要20%的預(yù)留空間用于這些浮動垃圾。
5. Concurrent Mode Failure：并發(fā)收集器在應(yīng)用運行時進(jìn)行收集，所以需要保證堆在垃圾回收的這段時間有足夠的空間供程序使用，否則，垃圾回收還未完成，堆空間先滿了。這種情況下將會發(fā)生“并發(fā)模式失敗”，此時整個應(yīng)用將會暫停，進(jìn)行垃圾回收。
6. 啟動并發(fā)收集器：因為并發(fā)收集在應(yīng)用運行時進(jìn)行收集，所以必須保證收集完成之前有足夠的內(nèi)存空間供程序使用，否則會出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”。通過設(shè)置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N>指定還有多少剩余堆時開始執(zhí)行并發(fā)收集

4. 小結(jié)
* 串行處理器：
--適用情況：數(shù)據(jù)量比較?。?00M左右）；單處理器下并且對響應(yīng)時間無要求的應(yīng)用。
--缺點：只能用于小型應(yīng)用
* 并行處理器：
--適用情況：“對吞吐量有高要求”，多CPU、對應(yīng)用響應(yīng)時間無要求的中、大型應(yīng)用。舉例：后臺處理、科學(xué)計算。
--缺點：應(yīng)用響應(yīng)時間可能較長
* 并發(fā)處理器：
--適用情況：“對響應(yīng)時間有高要求”，多CPU、對應(yīng)用響應(yīng)時間有較高要求的中、大型應(yīng)用。舉例：Web服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器、電信交換、集成開發(fā)環(huán)境。

三、GC基本原理
GC（Garbage Collection)，是JAVA/.NET中的垃圾收集器。
Java是由C++發(fā)展來的，它擯棄了C++中一些繁瑣容易出錯的東西，引入了計數(shù)器的概念，其中有一條就是這個GC機(jī)制（C#借鑒了JAVA）
編程人員容易出現(xiàn)問題的地方，忘記或者錯誤的內(nèi)存回收會導(dǎo)致程序或系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至崩潰，Java提供的GC功能可以自動監(jiān)測對象是否超過作用域從而達(dá)到自動回收內(nèi)存的目的，Java語言沒有提供釋放已分配內(nèi)存的顯示操作方法。所以，Java的內(nèi)存管理實際上就是對象的管理，其中包括對象的分配和釋放。
對于程序員來說，分配對象使用new關(guān)鍵字；釋放對象時，只要將對象所有引用賦值為null，讓程序不能夠再訪問到這個對象，我們稱該對象為"不可達(dá)的".GC將負(fù)責(zé)回收所有"不可達(dá)"對象的內(nèi)存空間。
對于GC來說，當(dāng)程序員創(chuàng)建對象時，GC就開始監(jiān)控這個對象的地址、大小以及使用情況。通常，GC采用有向圖的方式記錄和管理堆（heap）中的所有對象。通過這種方式確定哪些對象是"可達(dá)的"，哪些對象是"不可達(dá)的".當(dāng)GC確定一些對象為"不可達(dá)"時，GC就有責(zé)任回收這些內(nèi)存空間。但是，為了保證 GC能夠在不同平臺實現(xiàn)的問題，Java規(guī)范對GC的很多行為都沒有進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定。例如，對于采用什么類型的回收算法、什么時候進(jìn)行回收等重要問題都沒有明確的規(guī)定。因此，不同的JVM的實現(xiàn)者往往有不同的實現(xiàn)算法。這也給Java程序員的開發(fā)帶來行多不確定性。本文研究了幾個與GC工作相關(guān)的問題，努力減少這種不確定性給Java程序帶來的負(fù)面影響。

四、GC分代劃分
JVM內(nèi)存模型中Heap區(qū)分兩大塊，一塊是 Young Generation，另一塊是Old Generation

1） 在Young Generation中，有一個叫Eden Space的空間，主要是用來存放新生的對象，還有兩個Survivor Spaces（from、to），它們的大小總是一樣，它們用來存放每次垃圾回收后存活下來的對象。
2） 在Old Generation中，主要存放應(yīng)用程序中生命周期長的內(nèi)存對象。
3） 在Young Generation塊中，垃圾回收一般用Copying的算法，速度快。每次GC的時候，存活下來的對象首先由Eden拷貝到某個SurvivorSpace，當(dāng)Survivor Space空間滿了后，剩下的live對象就被直接拷貝到OldGeneration中去。因此，每次GC后，Eden內(nèi)存塊會被清空。
4） 在Old Generation塊中，垃圾回收一般用mark-compact的算法，速度慢些，但減少內(nèi)存要求。
5） 垃圾回收分多級，0級為全部(Full)的垃圾回收，會回收OLD段中的垃圾；1級或以上為部分垃圾回收，只會回收Young中的垃圾，內(nèi)存溢出通常發(fā)生于OLD段或Perm段垃圾回收后，仍然無內(nèi)存空間容納新的Java對象的情況。

五、增量式GC
增量式GC（Incremental GC），是GC在JVM中通常是由一個或一組進(jìn)程來實現(xiàn)的，它本身也和用戶程序一樣占用heap空間，運行時也占用CPU。
當(dāng)GC進(jìn)程運行時，應(yīng)用程序停止運行。因此，當(dāng)GC運行時間較長時，用戶能夠感到Java程序的停頓，另外一方面，如果GC運行時間太短，則可能對象回收率太低，這意味著還有很多應(yīng)該回收的對象沒有被回收，仍然占用大量內(nèi)存。因此，在設(shè)計GC的時候，就必須在停頓時間和回收率之間進(jìn)行權(quán)衡。一個好的GC實現(xiàn)允許用戶定義自己所需要的設(shè)置，例如有些內(nèi)存有限的設(shè)備，對內(nèi)存的使用量非常敏感，希望GC能夠準(zhǔn)確的回收內(nèi)存，它并不在意程序速度的快慢。另外一些實時網(wǎng)絡(luò)游戲，就不能夠允許程序有長時間的中斷。
增量式GC就是通過一定的回收算法，把一個長時間的中斷，劃分為很多個小的中斷，通過這種方式減少GC對用戶程序的影響。雖然，增量式GC在整體性能上可能不如普通GC的效率高，但是它能夠減少程序的最長停頓時間。
Sun JDK提供的HotSpot JVM就能支持增量式GC。HotSpot JVM缺省GC方式為不使用增量GC，為了啟動增量GC，我們必須在運行Java程序時增加-Xincgc的參數(shù)。
HotSpot JVM增量式GC的實現(xiàn)是采用Train GC算法，它的基本想法就是：將堆中的所有對象按照創(chuàng)建和使用情況進(jìn)行分組（分層），將使用頻繁高和具有相關(guān)性的對象放在一隊中，隨著程序的運行，不斷對組進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)GC運行時，它總是先回收最老的（最近很少訪問的）的對象，如果整組都為可回收對象，GC將整組回收。這樣，每次GC運行只回收一定比例的不可達(dá)對象，保證程序的順暢運行。