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前瞻：

回收算法：

• 引用计数法：每个对象都有一个存储被引用次数的计数器，为0表示可以被回收，优点快，缺点是2个对象相互引用无法回收。
• 根搜索法：通过GCroots（根对象）向下查找被应用的对象，回收未被引用的。

GC ROOT对象包括：

• 虚拟机（JVM）栈中引用对象
• 方法区中的类静态属性引用对象
• 方法区中常量引用的对象（final 的常量值）
• 本地方法栈JNI的引用对象

三色标记法

用于标记JVM中的对象状态。

• 白：表示对象未被扫描，如果标记结束后还为白色，则会被回收。
• 黑：表示对象已被扫描，表示被“gc root”引用，不会被回收。
• 灰：表示对象正在扫表，表示从上级扫描到了它，但还未扫描它的下级对象，扫描完成会变为黑。

STW

stop the world，暂停虚拟器，暂停其他用户线程，只有GC现场运行，程序处于暂停状态。

 

年轻代回收器

一般使用采用复制收集算法，一个字快。

• Serial收集器：一个单线程收集器，在进行回收的时候，必须暂停其他所有的工作线程，直到收集结束。缺点：因为要完全暂停线程，所以用户体验不佳。但是由于新生代回收得较快，所以停顿的时间非常少，而且没有线程切换的开销，因此也简单高效。通过-XX:+UseSerialGC参数启用。
• ParNew收集器：这个是Serial收集器的多线程版本，适用于多核CPU的设备。但对于单核的设备来说，需要进行线程之间的切换，效率反而没有单线程的高。通过-XX:ParallelGCThreads参数限制收集的线程数，-XX:+UseParNewGC参数启用。
• Parallel Scavenge收集器：该收集器是默认年轻代收集器。他的关注点和其他的收集器不同，其他的关注点是尽可能的缩短Full GC的时间。而该收集器关注的是一个可控的吞吐量。吞吐量=运行代码的时间/(运行代码的时间+GC的时间)，通过参数-XX:MaxGCPauseMillis设置最大GC的停顿时间和-XX:GCTimeRatio 设置吞吐量的大小。-XX:+UseParallelGC参数启用。主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。

CMS

全称Concurrent Mark and Sweep，并发标记清理回收器，用于对年老代进行回收，目标是尽量减少应用的暂停时间，减少full gc发生的机率，利用和应用程序线程并发的垃圾回收线程来标记清除年老代。CMS并非没有暂停，而是用两次短暂停来替代串行标记整理算法的长暂停。

• 过程

1. 初始标记(STW initial mark) ：需要stop the world，暂停其他用户线程，CMS单线程从”根对象”开始查找，标记能够和”根对象”关联的年老代对象，包括通过年轻代关联的年老代对象，只标记一级，为了减少stop时间。
2. 并发标记(Concurrent marking) ：和用户线程并发处理，在初始标记的对象基础上，向下标记所有关联对象。
3. 并发预清理(Concurrent precleaning)： 和用户线程并发处理，对于在并发标记阶段发生变化的对象进行标记，并对它的后续关联对象进行标记。
4. 重新标记(STW remark) ：需要stop the world，标记哪些从”根对象”开始查找未被标记的对象。因为之前的并发标记过程中用户现场可能创建或改变了对象关系，需要重新标记哪些改动。
5. 并发清理(Concurrent sweeping) ：和用户线程并发处理，清理未被引用的对象。
6. 并发重置(Concurrent reset)：重置CMS的内置数据结构，等待下一次回收。

• 缺点

1. 内存空间分散：为减少回收时间，没有对内存进行整理，导致内存空间分散，CMS将分散的内存空间记录在一张表中，JVM分配对象时，根据对象大小在内存空间表中找出可存下的内存空间，如果没有则出发GC操作。
2. 需要更多CPU资源：并发需要一直占用一个CPU，为提高回收速度，需要更快的CPU。
3. 需要更大堆空间：为了在GC时，其他线程还能执行，需要预留一定的空间，所有GC出发一般会设置当内存占用到一定比例时出发回收。

• 使用场景

1. 如果你的应用程序对停顿比较敏感，并且服务器的内存和CPU足够强大。
2. 如果在JVM中有相对较多存活时间较长的对象(老年代比较大)会更适合使用CMS。

G1

全称Garbage First，可用于年轻代和年老代，堆被划分成 许多个连续的区域(region)。每个区域大小相等，在1M~32M之间。JVM最多支持2000个区域，可推算G1能支持的最大内存为2000*32M=62.5G。区域(region)的大小在JVM初始化的时候决定，也可以用-XX:G1HeapReginSize设置。

过程

Mixed GC（混合GC）主要可以分为两个阶段：

1、全局并发标记（global concurrent marking） 全局并发标记又可以进一步细分成下面几个步骤：

• 初始标记（initial mark，STW）。它标记了从GC Root开始直接可达的对象。初始标记阶段借用young GC的暂停，因而没有额外的、单独的暂停阶段。
• 并发标记（Concurrent Marking）。这个阶段从GC Root开始对heap中的对象标记，标记线程与应用程序线程并行执行，并且收集各个Region的存活对象信息。过程中还会扫描上文中提到的SATB write barrier所记录下的引用。
• 最终标记（Remark，STW）。标记那些在并发标记阶段发生变化的对象，将被回收。
• 清除垃圾（Cleanup，部分STW）。这个阶段如果发现完全没有活对象的region就会将其整体回收到可分配region列表中。 清除空Region。

2、拷贝存活对象（Evacuation）

Evacuation阶段是全暂停的。它负责把一部分region里的活对象拷贝到空region里去（并行拷贝），然后回收原本的region的空间。Evacuation阶段可以自由选择任意多个region来独立收集构成收集集合（collection set，简称CSet），CSet集合中Region的选定依赖于上文中提到的停顿预测模型，该阶段并不evacuate所有有活对象的region，只选择收益高的少量region来evacuate，这种暂停的开销就可以（在一定范围内）可控

G1的垃圾回收过程是和应用程序并发执行的，当Mixed GC的速度赶不上应用程序申请内存的速度的时候，Mixed G1就会降级到Full GC，使用的是Serial GC。Full GC会导致长时间的STW，应该要尽量避免。

导致G1 Full GC的原因可能有两个：

1. 没有足够的空间存放晋升的对象；
2. 并发处理过程完成之前空间耗尽。

ZGC

全程Z Garbage Collector，Java 11包含的一个全新垃圾收集器，在G1垃圾回收器的历年基础上引入大量新技术，实现快速GC。对于TB级的大堆也能处理，速度是G1的上百倍，还在试用阶段，稳定后再做学习。

目标：

• 停顿时间不超过10ms
• 停顿时间不随heap大小或存活对象大小增大而增大
• 可以处理从几百兆到几T的内存大小

使用技术包括：

• 并发标记：减少stop the world
• 着色指针：
• 多重映射：
• 读屏障：
• 重定位：
• 分区：
• 压缩：

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