[[386790]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「Java極客技術(shù)」，作者鴨血粉絲。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系Java極客技術(shù)公眾號。   

作為一個(gè) Java 開發(fā)，在面試的過程中垃圾回收器是經(jīng)常會被問到的一個(gè)問題，隨著 Java 的發(fā)展，垃圾回收器也經(jīng)歷了很多的發(fā)展。大家熟知的垃圾回收器主要有下面幾種。

1. Serial 單線程新生代復(fù)制算法的垃圾回收器；
2. SerialOld 垃圾回收器，是一種單線程老年代標(biāo)記整理算法；
3. ParNew 垃圾回收器，是 Serial 的多線程實(shí)現(xiàn)，采用復(fù)制算法實(shí)現(xiàn)；
4. Parallel Scavenge 垃圾回收器，是一種高效的多線程復(fù)制算法；
5. ParallelOld 垃圾回收器，是 Parallel Scavenge 的一種老年代的多線程標(biāo)記整理算法；
6. CMS 垃圾回收器，是一種多線程標(biāo)記清除算法，后面會詳細(xì)介紹；
7. G1 垃圾回收器，是一種高吞吐量的垃圾回收器。

回收算法

在介紹垃圾回收器之前，我們先了解一下垃圾回收器背后的算法，每個(gè)垃圾回收器都是具體算法的實(shí)現(xiàn)，不同的垃圾回收器只是背后的算法不同而已，下面就先簡單介紹下具體的算法。

標(biāo)記清除

標(biāo)記清除算法是一種先標(biāo)記，后清除的算法，在第一次掃描的時(shí)候先標(biāo)記出所有需要清理的內(nèi)存，將所有需要回收的內(nèi)存都標(biāo)記過后，一次性清理掉。這種算法簡單但是效率低，而且內(nèi)存碎片化嚴(yán)重。內(nèi)存一旦碎片化嚴(yán)重的話，就會浪費(fèi)內(nèi)存，無法分配較大的對象。

復(fù)制算法

復(fù)制算法的實(shí)現(xiàn)方式比較簡潔明了，就是霸道的把內(nèi)存分成兩部分，在平時(shí)使用的時(shí)候只用其中的固定一份，在當(dāng)需要進(jìn)行 GC 的時(shí)候，把存活的對象復(fù)制到另一部分中，然后將已經(jīng)使用的內(nèi)存全部清理掉。這種算法可以解決碎片化的問題，但是缺點(diǎn)也很明顯，就是浪費(fèi)內(nèi)存，有一半的內(nèi)存都不能使用。

標(biāo)記整理算法

既然標(biāo)記清除和復(fù)制算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，那自然的我們就想到是否可以把這兩種算法結(jié)合起來，于是就出現(xiàn)了標(biāo)記整理算法。標(biāo)記階段是標(biāo)記清除算法一樣，先標(biāo)記出需要回收的部分，不過清除階段不是直接清除，而是把存活的對象往內(nèi)存的一端進(jìn)行移動，然后清除剩下的部分。

標(biāo)記整理的算法雖然可以解決上面兩個(gè)算法的一些問題，但是還是需要先進(jìn)行標(biāo)記，然后進(jìn)行移動，整個(gè)效率還是偏低的。

分代回收算法

分代回收算法是目前使用較多的一種算法，這個(gè)不是一個(gè)新的算法，只是將內(nèi)存進(jìn)行的劃分，不同區(qū)域的內(nèi)存使用不同的算法。根據(jù)對象的存活時(shí)間將內(nèi)存的劃分為新生代和老年代，其中新生代包含 Eden 區(qū)和 S0，S1。在新生代中使用是復(fù)制算法，在進(jìn)行對象內(nèi)存分配的時(shí)候只會使用 Eden 和 S0 區(qū)，當(dāng)發(fā)生 GC 的時(shí)候，會將存活的對象復(fù)制到 S1 區(qū)，然后循環(huán)往復(fù)進(jìn)行復(fù)制。當(dāng)某個(gè)對象在進(jìn)行了 15 次GC 后依舊存活，那這個(gè)對象就會進(jìn)入老年代。老年代因?yàn)槊看位厥盏膶ο蠖紩容^少，因此使用的是標(biāo)記整理算法。

垃圾回收器

上面雖然提到了好幾個(gè)垃圾回收器，但是目前主流的垃圾回收器只有 CMS 和 G1。下面就跟大家聊下這兩個(gè)垃圾回收器。

CMS 垃圾回收器

CMS 全稱 Concurrent Mark Sweep 并發(fā)標(biāo)記清除垃圾回收器。CMS 是一種以獲取最短停頓時(shí)間為目的的垃圾回收器。提到停頓時(shí)間，我們都知道任何垃圾回收器在進(jìn)行工作的時(shí)候都會出現(xiàn) STW，Stop the World 停止用戶進(jìn)程，這對業(yè)務(wù)來說只很難接受的，但是現(xiàn)在市面上所有的垃圾回收器都無法避免這個(gè)問題，只能最大化的去優(yōu)化，從而降低停頓的時(shí)間。

CMS 雖然被稱為是并發(fā)的垃圾回收器，但是也并不是完全并發(fā)的，從名字上我們可以看到是采用標(biāo)記-清除算法來實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程分為五個(gè)步驟：

1. 初始標(biāo)記：暫停所有線程，從來可達(dá)性分析來標(biāo)記對象，這也是 CMS 垃圾回收器第一個(gè) STW 的時(shí)候；
2. 并發(fā)標(biāo)記：并發(fā)標(biāo)記的時(shí)候 GC 線程和用戶線程是同時(shí)存在的，這個(gè)過程中會記錄所有可達(dá)的對象，但是這個(gè)過程結(jié)束過后由于用戶線程一直在運(yùn)行所以還會產(chǎn)生新的引用更新，也就是需要下一步了；
3. 并發(fā)預(yù)清理：這個(gè)階段用戶線程和 GC 線程同時(shí)運(yùn)行，GC 線程會進(jìn)行一下預(yù)清理的動作；
4. 重新標(biāo)記：重新標(biāo)記這個(gè)階段會暫停用戶線程，將上一步并發(fā)標(biāo)記過程中用戶線程引起的更新進(jìn)行修正，這個(gè)時(shí)間會比初始標(biāo)記時(shí)間長，但是會比并發(fā)標(biāo)記時(shí)間短一點(diǎn)；
5. 并發(fā)清除：在所有需要清理的對象都被標(biāo)記完過后就會執(zhí)行最后一步清理的動作。清理的時(shí)候用戶線程是可以繼續(xù)運(yùn)行的，GC 線程只清理標(biāo)記的區(qū)域。

G1 垃圾回收器

G1 全稱 Garbage-First 是一種面向服務(wù)器的垃圾回收器，通過將堆內(nèi)存劃分為多個(gè) Region 來實(shí)現(xiàn)可預(yù)測的停頓時(shí)間模型。在 G1 當(dāng)中，新生代和老年代已經(jīng)不再是物理隔離，而都是被劃分一個(gè)個(gè) Region 區(qū)域。正是由于這種可預(yù)測的時(shí)間停頓模型讓 G1 成為了一個(gè)高吞吐量的垃圾回收器。G1 能充分利用 CPU，多核環(huán)境下可以縮短 STW 的時(shí)間。

G1 垃圾回收器的整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程分為四個(gè)步驟：

1. 初始標(biāo)記：通過可達(dá)性分析標(biāo)記 GC Roots 的直接關(guān)聯(lián)對象，這個(gè)階段與 CMS 一樣需要 STW；
2. 并發(fā)標(biāo)記：并發(fā)標(biāo)記是通過 GC Roots 找到存活的對象，這個(gè)階段 GC 線程是與用戶線程同時(shí)運(yùn)行的，并且這個(gè)階段的時(shí)間比初始標(biāo)記長；
3. 最終標(biāo)記：最終標(biāo)記跟 CMS 的重新標(biāo)記一樣，也是為了修正并發(fā)標(biāo)記過程中因用戶線程繼續(xù)運(yùn)行而導(dǎo)致產(chǎn)生新的引用更新；同樣的這里也需要 STW；
4. 篩選回收：篩選回收這里會對每個(gè) Region 的回收成本進(jìn)行排序，根據(jù)用戶期望的停頓時(shí)間來制定收回計(jì)劃，這也就是可預(yù)測的停頓時(shí)間模型的體現(xiàn)之處，這個(gè)階段 GC 線程是與用戶線程同時(shí)運(yùn)行的。

總結(jié)

雖然說 Java 開發(fā)不用程序員去手動創(chuàng)建和回收內(nèi)存，但是了解和掌握垃圾回收器是每個(gè) Java 程序員必須要掌握的，不僅僅是面試的過程中會被問到，對自己的職業(yè)發(fā)展也是很有幫助的。本文是阿粉自己學(xué)習(xí)和整理的，部分資料參考網(wǎng)絡(luò)上，分享給大家，幫助大家一起成長。