JVM培訓之一些GC演算法的理論知識

很精彩的一次內部分享，介紹了大部分的GC演算法理論知識，JVM博大精深，本篇文章只是結合本次內部分享總結的一些理論知識，如果有大佬有疑問，歡迎留言指出！

Concurrent：併發，程式一邊運行一邊做GC

Parallel：並行，一塊區域，一個人做清掃，需要100s，但是把區域分成兩塊，用兩個人掃，時間就縮短了一半；所以GC演算法有並行的，有不是並行的，這些都是可以根據自己的實際業務去選擇的，只有最適合自己的GC演算法；

Stop The World：簡稱STW，某些GC演算法當中，當需要做GC的時候，程式是必須停下來的，程式就是一個終止狀態，當GC結束之後再恢復；Java的GC很多時候都是STW，舉一個簡單的慄子，一邊掃地一邊嗑瓜子，這樣的話是永遠掃不幹凈的，記憶體的使用率就不是很高，當然STW有一個很大的缺點，就是程式必須終止，如果說做一次GC用時太長，需要十幾秒或者一分鐘或更多，那肯定是無法忍受的，這就需要GC調優來完成，通過演算法把時間控制在最短，讓用戶無感知；

root set：公集合，GC的時候會確定現在哪些對象還是存活的，

Generation GC：分代GC，先說一代GC，比方說現在有一個2G的記憶體區域，那麼需要GC的時候，需要把整塊記憶體區域2G遍歷一次，來做GC，這是一個很複雜的過程，需要判斷這麼多的對象是否引用或者被引用，可想而知耗時肯定會很長；以老王的經驗，1G記憶體做一次full GC停頓時間在1-3s，100G記憶體做一次full GC，停頓時間在1-3min，也就是說這幾分鐘程式什麼都幹不了，肯定是無法接受的；所以產出了分代GC，把一個區域分成幾個部分，年輕代1，年輕代2，和年老代。比方說程式開始運行，新產生的對象放在年輕代1，裝滿之後，結合copy演算法，從root節點出發，可能真正存活的對象只有很少一部分，那麼我們只把這部分對象拷貝到年輕代2裡面，然後將年輕代1區域全部清掃掉，這個copy演算法非常高效，但前提是需要程式的對象大部分都是用完一次就可以扔掉的，不然的話，存活的對象太多了，copy演算法就變得很低效了；所以copy演算法的效率取決於剩餘的對象，剩餘的對象越多，效率越低，剩餘的對象越少，效率越高；

RefCount：引用計數演算法，當有指針指向這個對象的時候，就把計數器+1，當不指向這個對象的時候把計數器-1，當這個對象的計數器為0的時候，這個對象的記憶體就可以釋放掉了，Python就是用的這個演算法，官方的python流派就是用的這個演算法，微軟的com組建結構也是用的這個引用計數演算法；這個演算法兩個缺點：效率低，因為訪問對象是一個很頻繁的操作，這樣頻繁做++；掃不幹凈，迴圈列表，a->b->c，其實外部沒有引用，但是內部有互相引用，其實abc都是垃圾；

MarkSweep：標記清除演算法，有很多對象，從公集合出發找其他的對象，是活的對象就做標記，標記的過程中，程式是不能跑的，當標記完了之後，沒有被標記的對象，就都可以釋放掉了，但是清掃之後的記憶體區域會變得千瘡百孔，再分配記憶體的時候，需要在這些記憶體中，找一個合適自己的記憶體區域；

MarkCompact：標記壓縮演算法，可以理解是標記清除演算法的一個升級版，同樣是在活對象上標記，但是它會選一個活對象作為一個端，把另外標記的活對象往這一端擠，這樣被釋放的區域就會是一大塊的；

Safepoint：當代碼運行到某個點，這個點可以做GC，這個點就叫safepoint，做GC的時候，所有的線程都需要停下來，就是所有的線程需要跑到這個安全點，跑到這個點的時候，Java虛擬機會生成一條指令，這個指令會讓這個線程訪問一個記憶體地址，這也是為了快速響應；因為線程停下來做別的事情非常耗性能；

Reference：強引用，強引用是我只要引用你，你就不會被垃圾回收；當然還有WeakReference弱引用和軟引用SoftReference等；

Java虛擬機的幾個GC演算法：

　　年輕代：Serial：串列，STW特性

　　　　　　ParNew：多線程，也是STW

　　　　　　ParScavenge：多線程，同樣是STW，是ParNew升級版

　　年老代：CMS：試圖平衡停頓時間，這個演算法的過程為：InitialMark->CCMark->Remark->CCSweep

　　　　　　SerialOld：MarkCompact演算法上面提到過的

　　　　　　ParOld：同樣是MarkCompact演算法，是SerialOld升級版

年輕代和年老代GC演算法是可以組合的，除了部分；

ZGC：Java11版本發佈推出，管理TB級記憶體，GC時間控制在10ms；