JVM系列【6】GC与调优1-垃圾回收算法和垃圾回收器
JVM系列笔记目录
虚拟机的基础概念
class文件结构
class文件加载过程
jvm内存模型
JVM常用指令
GC与调优
GC基础知识
什么是垃圾
没有任何引用指向的一个对象或多个对象(循环引用)
如何找到垃圾
引用计数(ReferenceCount)，缺点：无法解决循环引用
根可达算法(RootSearching)，从根开始查找，找到对象是有用的，找不到的对象为垃圾。
什么是根？注意结合上一篇博客 JVM系列【5】JVM常用指令-运行时数据区进行理解。
线程栈变量 JVM Stack、native method stack
静态变量 static refercences in method area、Clazz
常量池 runtime cosntant pool
JNI指针 c/c++ 指针
常见的垃圾回收算法
标记清除(mark sweep)
缺点：位置不连续，产生碎片，效率偏低（需要进行两遍扫描)
适用情况：算法相对简单，适用于存活对象比较多的情况
拷贝算法 (copying)
说明：没有碎片，浪费空间，复制移动对象，需要调整对象引用
适用情况：适用于存活对象较少的情况 只扫描一次
标记压缩(mark compact)
说明：没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整）
JVM堆内存分代模型(用于分代垃圾回收算法)
堆内存分代模型是部分垃圾回收器使用的模型，除Epsilon ZGC Shenandoah 之外的GC都使用逻辑分代模型，但是G1 是逻辑分代 物理不分代，除此之外都是逻辑分代 而且物理分代。
分代模型中，分新生代和老年代，比例是1:2
新生代 = Eden区+ 2个survivor区
YGC回收后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0；
再次YGC，活着的对象eden+s0 进入s1；
再次YGC，活着的对象eden+s1 进入s0；
年龄足够进入老年代，一般垃圾回收器是15，CMS是6；为什么一般垃圾回收器分代年龄是15？参考下 JVM系列【4】内存模型-对象头的内容有哪些，对象头中4位标识GC年龄，所以最大的年龄是
2^4 -1 = 15；s 区装不下，直接进入老年代。
老年代：存放一些"顽固对象"，老年代满了或是分配不下了会触发FCG。
永久代(Permanent Generation，JDK1.7以前)/元数据区(MetaSpace，JDK1.8以后)：存放的是Class文件结构，永久代必须指定大小限制 ，元数据可以设置也可以不设置，无上限（受限于物理内存），字符串常量在1.7以前存放在永久代，1.8以后存放在堆中。
垃圾回收类型和对象分配过程
垃圾回收类型
上一个点解释了堆内存分代模型，这里统一下概念：MinorGC=YGC指的是新生代即Y区的垃圾回收，MajorGC=FGC指的是老年代分配不下或是满了发生的GC，包括新生代和老年代。
对象如何分配
在之前的博客中 JVM系列【4】内存模型-new Object()面试6连问-对象如何分配，简单提过这一点。
对照流程图，分配过程：
1. new对象后优先在栈上分配，栈上分配的对象`pop`后就消失；
2. 是否是大对象(Y区分配不下的对象)？是就分配到O区，O区发生FGC后回收
3. 不是大对象，优先分配TLAB(Thread Local Allocation Buffer线程本地分配缓存)上，分配不下就分配到Eden区 。
了解栈上分配、TLAB、分配担保机制和升代
哪些对象栈上分配？
线程私有对象 、无逃逸对象即离开代码块就没有引用的对象、支持标量替换的对象，如类中变量可以用基本变量替换。
线程本地分配Thread Local Allocation Buffer 独占eden空间，默认1%；多线程时候不用竞争eden就可以申请空间，提高效率；可分配小对象
分配担保机制
在新生代无法分配内存的时候，把新生代的对象转移到老生代，然后把新对象放入腾空的新生代。参考
对象何时进入老年代？
超过MaxTenuringThreshold指定的次数；
根据动态年龄计算进入老年代，Survivor空间中年龄从小到大的对象进行累加，当加入某个年龄段后，累加和超过survivor区域*TargetSurvivorRatio（默认50%）的时候，就从这个年龄段往上的年龄的对象进行晋升到老年代。参考
常见的垃圾回收器
常见的垃圾回收器有Serial/SerialOld、ParallelScavenge/ParallelOld、ParNew/CMS、G1、ZGC、Shenandoah、Epsilon。Serial/SerialOld、ParallelScavenge/ParallelOld、ParNew/CMS是分代的垃圾回收器，G1是逻辑上分代物理上不分代，ZGC和Shenandoah是不分代，Epsilon是JDK调试用的垃圾回收器。
历史：JDK诞生，Serial追随，为了提供效率诞生PS,为配合CMS，诞生PN,CMS是1.4后期引入的，CMS是里程碑式的GC,但是CMS毛病比较多，因此目前没有任何一个JDK版本默认CMS。
Serial
年轻代 串行回收
SerialOld
老年代 串行回收
PS(ParallelScavenge)
年轻代 并行回收
PO(ParallelOld)
老年代 并行回收
PN(ParNew)
年轻代 增强版PS配合CMS的并行回收。PN 和 PS区别？PN 响应时间优先；PS吞吐量优先
CMS(ConcurrentMarkSweep)
老年代并发的,垃圾回收和应用程序同时运行，降低STW的时间(200ms)；
CMS问题比较多，所以现在没有一个版本默认是CMS，只能手工指定；
CMS既然是MarkSweep，就一定会有碎片化的问题，碎片到达一定程度，CMS的老年代分配对象分配不下的时候，使用SerialOld 进行老年代回收，STW无法忍受；
使用的算法：三色标记+Increamental Update
如何解决碎片化：设定
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection默认开启；设定-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，默认为0 指经过多少次FGC才进行压缩。浮动垃圾问题解决？降低触发CMS的阈值，保持老年代有足够的空间；参数
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction指定使用CMS时老年代使用了指定阈值的内存后触发FGC，建议68-92%G1
STW可以达到10ms
算法：三色标记+SATB
ZGC
STW号称可以达到1ms
算法：颜色指针ColoredPointers + LoadBarrier
Shenandaoh
算法：ColoredPointers + WriteBarrier
垃圾回收器和内存大小的关系
Serial 几十兆
PS 上百兆-几个G
CMS 20G左右
G1 上百G
ZGC 4T-16T(JDK13可以支持)