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垃圾回收機(jī)制是什么?我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)垃圾回收機(jī)制?今天我們就帶著這兩個(gè)問題一起來看看。

在我們?nèi)粘５拈_發(fā)過程中，并不會(huì)過多的關(guān)注對(duì)象的回收和釋放，JVM就可以幫助我們來完成垃圾，減少了我們很多的工作量，仿佛垃圾回收離我們很遠(yuǎn)，其實(shí)垃圾回收機(jī)制是我們從初級(jí)到中高級(jí)開發(fā)必須掌握的。把回收對(duì)象的任務(wù)完全交給JVM，看似解放了，其實(shí)也增加了不確定性，事情并不是什么時(shí)候都是完美的，在現(xiàn)如今各種復(fù)雜業(yè)務(wù)場(chǎng)景下，不合適的垃圾回收算法及策略，往往是導(dǎo)致我們系統(tǒng)性能瓶頸的主要原因。

垃圾回收也不能一概而論，不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景采取不同的措施，如果業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)內(nèi)存的要求比較高，就需要提高對(duì)象的回收效率，如果是CPU使用率高，這個(gè)時(shí)候就要降低垃圾回收頻率。

我們都知道，JVM的內(nèi)存中有多個(gè)區(qū)域，垃圾回收主要是看堆和方法區(qū)的內(nèi)存，因?yàn)槠渌麉^(qū)域如程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧和本地方法棧等區(qū)域的內(nèi)存具有確定性，所以我們要把目光主要放在堆中的對(duì)象回收和方法區(qū)的廢棄常量的回收。

JVM如何判斷一個(gè)對(duì)象可以回收的?

最開始接觸垃圾回收的時(shí)候，應(yīng)該都聽過，對(duì)象沒有被引用的時(shí)候就可以被回收，但是怎么判斷對(duì)象是否被引用，主要有兩種方式：引用計(jì)數(shù)算法和可達(dá)性分析算法。

**引用計(jì)數(shù)算法：**所謂的引用計(jì)數(shù)算法，就是通過一個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器來判斷該對(duì)象是否被引用，對(duì)象被引用的時(shí)候，計(jì)數(shù)器就加1，引用失效計(jì)數(shù)器就減1。計(jì)數(shù)器的值為0 的時(shí)候就說明這個(gè)對(duì)象沒有被引用了，可以被JVM回收了。需要注意的是，引用計(jì)數(shù)算法雖然實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，但是會(huì)出現(xiàn)循環(huán)引用的問題。

**可達(dá)性分析算法：**可達(dá)性分析算法的基礎(chǔ)是GC Roots，是所有對(duì)象的跟對(duì)象，在JVM加載時(shí)，會(huì)創(chuàng)建一些對(duì)象引用正常對(duì)象，這些對(duì)象作為這些正常對(duì)象的起始點(diǎn)，在垃圾回收時(shí)，JVM會(huì)從GC Roots開始向下搜索，如果一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時(shí)，就證明這個(gè)對(duì)象可以回收了。

垃圾回收線程是如何回收對(duì)象的?

JVM去回收對(duì)象主要遵從兩個(gè)特性：自動(dòng)性、不可預(yù)期性。

**自動(dòng)性：**JVM會(huì)創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的線程來跟蹤每一塊被分配出去的內(nèi)存，在JVM空閑時(shí)，就會(huì)自動(dòng)的檢查每一塊分配出去的內(nèi)存空間，然后自動(dòng)回收每一塊內(nèi)存。

**不可預(yù)期性：**不可預(yù)期性主要是一個(gè)對(duì)象沒有被引用的時(shí)候，是立馬就被回收的嗎，這個(gè)答案是未知的，有可能立馬就被回收，有可能隔了很久依然在內(nèi)存中。

GC算法

JVM給我們提供了多種回收算法來實(shí)現(xiàn)回收機(jī)制，一般來說，市面上常見的垃圾收集器的回收算法主要分為四類：

標(biāo)記-清除算法(Mark-Sweep)

優(yōu)點(diǎn)：不需要移動(dòng)對(duì)象，簡(jiǎn)單高效

確定：標(biāo)記-清除的過程效率低，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

復(fù)制算法(Copying)

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單高效，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片

缺點(diǎn)：內(nèi)存使用率低，還有可能產(chǎn)生頻繁復(fù)制的問題。

標(biāo)記-整理算法(Mark-Compact)

優(yōu)點(diǎn)：不需要移動(dòng)對(duì)象，效率高，不產(chǎn)生內(nèi)存碎片

缺點(diǎn)：需要移動(dòng)局部對(duì)象

分代收集算法(Gennerational Collection)

優(yōu)點(diǎn)：分區(qū)回收

缺點(diǎn)：對(duì)于長(zhǎng)期存活對(duì)象的回收效果不太好。

了解了四種垃圾收集器的回收算法之后，我們?cè)賮砜纯椿谶@些算法實(shí)現(xiàn)的回收器，簡(jiǎn)單介紹幾種常見的：

衡量GC性能的標(biāo)準(zhǔn)?

垃圾收集器各種各樣的，不同的場(chǎng)景適用不同的回收器，如何挑選合適的垃圾收集器，主要取決于垃圾收集器的三個(gè)指標(biāo)：吞吐量、卡頓時(shí)間、垃圾回收頻率。

**吞吐量：**指系統(tǒng)應(yīng)用程序花費(fèi)的時(shí)間和系統(tǒng)運(yùn)行總時(shí)長(zhǎng)的比值，GC 的吞吐量=GC耗時(shí)/系統(tǒng)總運(yùn)行時(shí)間。GC的吞吐量一般不低于95%。

**卡頓時(shí)間：**卡頓時(shí)間是垃圾收集器在工作的時(shí)候，應(yīng)用程序暫停的時(shí)間。一般串行收集器的卡頓時(shí)間較長(zhǎng)，并發(fā)收集器的卡頓時(shí)間因?yàn)槭占骱蛻?yīng)用程序交替運(yùn)行，所以卡頓時(shí)間會(huì)比較短，但是效率不如串行的，系統(tǒng)吞吐量會(huì)有所下降。

**垃圾回收頻率：**垃圾回收頻率時(shí)間和卡頓時(shí)間是互相影響的，我們可以通過增大內(nèi)存的方式來降低垃圾回收發(fā)生的頻率，但是內(nèi)存增大后，堆積的對(duì)象就更多，當(dāng)垃圾回收時(shí)，卡頓的時(shí)間就會(huì)增加。所以我們要把握增加內(nèi)存的這個(gè)度，來保證正常的垃圾回收頻率即可。

如何查看并分析GC日志?

前邊廢話這么多，估計(jì)很多大兄弟都看煩了，接下來我們來看看如何收集GC日志，并分析GC日志，我們需要JVM參數(shù)來設(shè)置GC日志，需要關(guān)注以下幾個(gè)參數(shù)：

-XX:+PrintGC  #輸出GC日志 
-XX:+PrintGCDetails #輸出GC的詳細(xì)日志 
-XX:+PrintGCTimeStamps #輸出GC的時(shí)間戳（以基準(zhǔn)時(shí)間的形式） 
-XX:+PrintGCDateStamps #輸出GC的時(shí)間戳（以日期的形式，如 2020-12-08T23:59:59.234+0800） 
-XX:+PrintHeapAtGC #在進(jìn)行GC的前后打印出堆的信息 
-Xloggc:../logs/gc.log #日志文件的輸出路徑 

我們按需配置參數(shù)即可，打印后的日志，例如下圖：

很短時(shí)間的GC日志我們可以用記事本打開去查看，如果是分析長(zhǎng)時(shí)間的GC日志，再用記事本打開去看就有點(diǎn)困難，我們就需要借助工具來分析，一般省事的可以用GCViewer來打開日志文件，就可以圖形化的查看GC性能。通過工具我們可以看到吞吐量、卡頓時(shí)間、GC頻率，很直觀的查看GC的性能情況。

GCeasy也是一個(gè)更好用的GC日志分析工具，只需要把日志文件壓縮一下，上傳官網(wǎng)就可以在線分析，下邊是我使用一個(gè)本地的GC日志分析的結(jié)果：

GC調(diào)優(yōu)

上邊通過分析GC日志，找出影響性能的問題，接下來就該有針對(duì)性的調(diào)優(yōu)了，簡(jiǎn)單介紹幾種常用的調(diào)優(yōu)策略，主要是降低Minor GC和Full GCd 頻率。

降低Minor GC頻率

我們首先來看，Minor GC主要是針對(duì)Eden區(qū)的對(duì)象回收，由于新生代空間一般比較小，Eden區(qū)很塊就會(huì)滿，就會(huì)導(dǎo)致Minor GC的頻率比較高，我們的解決辦法通常是增大新生代空間來降低Minor GC的頻率。在前邊講衡量GC性能指標(biāo)的時(shí)候，我們提到增大內(nèi)存會(huì)增加回收時(shí)候的卡頓時(shí)間。Minor GC也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序的卡頓，只是時(shí)間非常短暫，那么擴(kuò)大Eden區(qū)會(huì)不會(huì)導(dǎo)致Minor GC的時(shí)間增長(zhǎng)，還得深入看一下一次Minor GC發(fā)生了什么。

每次Minor GC主要做了兩件事，掃描新生代(A)和復(fù)制存活對(duì)象(B)。其中復(fù)制對(duì)象的耗時(shí)是遠(yuǎn)高于掃描對(duì)象的。我們舉個(gè)例子，如果一個(gè)對(duì)象在Eden區(qū)域存活500ms，Minor GC的頻率是300ms一次，正常情況下，在一次Minor GC中用時(shí)就說A+B的時(shí)間，這個(gè)時(shí)候我們通過gc日志分析，把Eden擴(kuò)容，變成了600ms才進(jìn)行一次Minor GC，此時(shí)這個(gè)對(duì)象在Eden區(qū)中已經(jīng)被回收，就不用復(fù)制對(duì)象了，就省去了復(fù)制存活對(duì)象的時(shí)間，在這一次Minor GC中只是增加了掃描新生代的時(shí)間。

總結(jié)：?jiǎn)未?Minor GC 時(shí)間更多取決于 GC 后存活對(duì)象的數(shù)量，而非 Eden 區(qū)的大小。如果堆內(nèi)存中存活時(shí)間比較長(zhǎng)的對(duì)象多，增加年輕代的空間，單次Minor GC的時(shí)間反而會(huì)增加，如果是堆內(nèi)存中短期對(duì)象多，那么擴(kuò)容后，單詞Minor GC的時(shí)間不會(huì)明顯的增加，還降低了Minor GC頻率。

降低Full GC頻率

Full GC的觸發(fā)通常是因?yàn)槎褍?nèi)存空間不足或者老年代對(duì)象太多造成的，F(xiàn)ull GC又會(huì)帶來上下文切換，前邊的文章我們已經(jīng)專門介紹過上下文切換，都知道上下文切換會(huì)降低系統(tǒng)的性能。我們可以通過下邊幾個(gè)方向來降低Full GC的頻率。

減少創(chuàng)建大對(duì)象：有時(shí)候因?yàn)橐恍┚幊塘?xí)慣的問題，為了省事就一次性從數(shù)據(jù)庫查詢一個(gè)大對(duì)象用于web端顯示，這種大對(duì)象會(huì)被直接創(chuàng)建在老年代，哪怕是創(chuàng)建在新生代，由于新生代的空間一般很小，通過一次Minor GC就會(huì)進(jìn)入老年代，這樣的大對(duì)象攢多了就會(huì)觸發(fā)Full GC，所以還是要養(yǎng)成良好的習(xí)慣，減少一些不必要字段的查詢。

增大對(duì)內(nèi)存空間：堆內(nèi)存不足這種情況就直接增大堆內(nèi)存的空間，把初始化內(nèi)存空間就設(shè)置成最大堆內(nèi)存空間，這樣就可以顯著降低Full GC頻率/

合適的GC回收器：上邊我們也介紹了多種回收器，根據(jù)我們的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，選擇合適的回收器往往可以達(dá)到不錯(cuò)的效果。

總結(jié)

垃圾回收是一門復(fù)雜的學(xué)問，需要不斷地去練習(xí)，去實(shí)踐。看完這篇文章想必對(duì)垃圾回收有了一定了解了吧，趕快行動(dòng)起來，先拿公司的開發(fā)環(huán)境練練手。