JVM 垃圾回收原理

JVM的自动垃圾收集（Garbage Collection）使得开发人员无需关注垃圾收集的细节，不过，当内存问题成为系统瓶颈的时候，我们就需要了解一下JVM的垃圾收集机制了。

应用程序中生成的对象绝大部分都是临时对象，属于那种生的快死的快的，来也匆匆，去也匆匆，当然也有伴随应用程序的生命周期而存在的对象，鉴于对象的生命周期的不同，JVM的内存是分代（Generation）管理的。如果把JVM看作一个战场，把各个对象看作士兵，那么大部分的士兵刚投入战场不久就英勇就义，只有少部分的士兵能够在战场中摸爬滚打能够坚持一段时间。（史上最残忍的战场，阿弥陀佛，善哉！善哉！）。分代情况如下图所示：



其中，年轻代（Young Generation）包含伊甸园（Eden）和2段幸存者空间（Survivor Spaces），伊甸园当然是新生对象的乐园（只在乎曾经拥有，不在乎天长地久。也许看作前线战场更为合适：）（也有部分大对象直接分配在年老代）。而幸存者空间是用来保存上次GC之后依然存活的对象，经过战事的洗礼，能够存活下来实属不易，说明你是一个优秀的士兵，特此晋升一下，并且分配给你一间前线作战指挥所。2段空间保持其中一个为空，后面再详细说明缘由和作用。

年老代（Tunured Generation）中存放的是那些从幸存者空间经过多次GC依然存活的对象，他们是由年轻的军官经过许多战事的磨砺而来，已经成为老一辈的无产阶级革命家。

永久代（Permanent Generation）是保存VM描述对象的数据，比如类定义，方法定义的信息。这里属于战争的大后方。

当一个对象不再被引用时，该对象就是一个不可达的对象，dead的了，战死沙场了，就成为garbage了（汗一个）。GC就是通过一定的算法，判断一个对象可达与否，通常是遍历所有可达的对象，剩下的对象就是认为是garbage，然后销毁这些garbage，释放内存。

既然内存是分代管理的，GC也就自然而然是分代收集的。

由于年轻代进进出出的人多而频繁，所以年轻代的GC也就频繁一点，但涉及范围也就年轻代这点弹丸之地内的对象，其特点就是少量，多次，但快速，称之为minor collection。当年轻代的内存使用达到一定的阀值时，minor collection就被触发，Eden及某一Survior space（from space）之内存活的的对象被移到另一个空的Survior space（to space）中，然后from space和to
space角色对调。当一个对象在两个survivor space之间移动过一定次数（达到预设的阀值）时，它就足够old了，够资格呆在年老代了。当然，如果survivor space比较小不足以容下所有live objects时，部分live objects也会直接晋升到年老代。

Survior spaces可以看作是Eden和年老代之间的缓冲，通过该缓冲可以检验一个对象生命周期是否足够的长，因为某些对象虽然逃过了一次minor collection，并不能说明其生命周期足够长，说不定在下一次minor collection之前就挂了。给一个士兵晋升是要有一定的考察期的:)。这样一定程度上确保了进入年老代的对象是货真价实的，减少了年老代空间使用的增长速度，也就降低年老代GC的频率。

当年老代或者永久代的内存使用达到一定阀值时，一次基于所有代的GC就触发了，其特定是涉及范围广（量大），耗费的时间相对较长（较慢），但是频率比较低（次数少），称之为major collection(full collection)。通常，首先使用针对年轻代的GC算法进行年轻代的GC，然后使用针对年老代的GC算法对年老代和永久代进行GC。

常用的garbage collectors：

serial collector：针对young generation的串行垃圾收集器，使用stop-the-world（就是暂停整个应用程序的执行）的形式，利用单线程通过复制live objects到survivor space或tenured generation的方法来进行垃圾收集。

parallel scavenge collector：针对young generation的并行垃圾收集器，利用多个GC线程来进行垃圾收集，每个线程的GC方法和serial collector一样。

parallel new collector：针对young generation的增强的并行垃圾收集器，以便可以和CMS一起使用。

serial old collector：针对tenured generation的串行垃圾收集器，使用stop-the-world形式，利用单线程通过mark-sweep-compact的方法进行垃圾收集。

parallel old collector：针对tenured generation的并行垃圾收集器，利用多线程进行垃圾收集，方法和serial old collector一样。

parallel compacting collector：对于young generation使用和parallel new collector一样的算法，对于tenured generation使用了新的算法（mark-summary-compact），该收集器用来替代parallel new collector和parallel old collector。

concurrent mark-sweep collector：对于young generation使用和parallel new collector一样的算法，对于tenured generation使用跟应用程序并发的方式，收集期间也有引起stop-the-world的暂停Mark阶段，也有伴随着应用程序运行的并发Mark和并发Sweep阶段，降低了应用程序暂停的时间。

可以看出这些垃圾收集器分为3种类型：串行，并行，并发；串行的就是单线程的，并行的就是多线程的，串行并行都是stop-the-world的，而并发是多线程的，但不完全是stop-the-world。

先说这么多，GC本来就是一个内容丰富的课题，关于各垃圾收集器背后的算法，我想通过另一篇文章来讨论一下，毕竟每个算法详细的讲一下都能成为一篇文章，另外关于GC性能的调整也是一个重要的话题，陆续也将总结一下。总结的过程也是一个学习的过程，写这篇文章时也参阅了一些sun的官方内容，同时加上自己的理解，希望能给需要的人一些帮助。当然，我的理解也可能有偏差，如有不当之处，欢迎指正。