JVM学习 GC垃圾回收机制 (堆内存结构、GC分类、四大垃圾回收算法)
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👀文章专栏：《JVM 学习笔记》 ，本专栏会专门记录博主在学习JVM中学习的知识点，以及遇到的问题。
🙉文章详情： 本篇博客是学习 【狂神说Java】JVM快速入门篇 的学习笔记，关于GC垃圾回收机制 (堆内存结构、GC分类、四大垃圾回收算法)知识点的学习总结，由于这三个知识点的相互联系，所以放在一起进行描述介绍。
🍑ʜᴀ͟ᴘ͟ᴘ͟ʏᴇᴠᴇʀʏᴅᴀʏ̆̈🍅 𝓙𝓥𝓜 𝓯𝓻𝓸𝓶 𝓫𝓮𝓰𝓲𝓷𝓷𝓮𝓻 𝓽𝓸 𝓹𝓻𝓸𝓯𝓲𝓬𝓲𝓮𝓷𝓽
一、堆
1. JVM体系结构图
简单回顾下
JVM体系结构图，后续将针对堆进行展开学习。
2. 堆
Heap 堆，一个JVM实例只存在一个堆内存，堆内存的大小是可以调节的；
类加载器读取了类文件后，需要 把类，方法，常变量放到堆内存中，保存所有引用类型的真实信息，以方便执行器执行；
堆内存逻辑上分为三部分：新生，养老，永久 (元空间 : JDK8 以后名称)
GC垃圾回收主要是在 新生区和养老区，又分为 轻GC 和 重GC。
如果内存满了，OOM 堆内存不够，就会导致java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
| 堆内存结构 | |
|---|---|
| 新生区 Young Generation Space | Young/New |
| 养老区 Tenure generation space | Old/Tenure |
| 永久区 Permanent Space | Perm |
新生区：
新生区是类诞生，成长，消亡的区域，一个类在这里产生，应用，最后被垃圾回收器收集，结束生命。
新生区又分为两部分：伊甸区（Eden Space）和幸存者区（Survivor Space），所有的类都是在伊甸区被new出来的；
幸存区有两个：0区 和 1区；
当伊甸园的空间用完时，程序又需要创建对象，JVM的垃圾回收器将对伊甸园区进行垃圾回收 (Minor GC)。
养老区
将伊甸园中的剩余对象移动到幸存0区，若幸存0区也满了，再对该区进行垃圾回收，然后移动到1区，那如果1区也满了呢？
（这里幸存0区和1区是一个互相交替的过程）
就再移动到养老区，若养老区也满了，那么这个时候将产生 MajorGC（Full GC），进行养老区的内存清理，若养老区执行了Full GC 后发现依然无法进行对象的保存，就会 产生OOM异常“OutOfMemoryError ”。
如果出现 java.lang.OutOfMemoryError：java heap space异常，说明Java虚拟机的堆内存不够，原因如下：
1、Java虚拟机的堆内存设置不够，可以通过参数 -Xms（初始值大小），-Xmx（最大大小）来调整。
2、代码中创建了 大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）或者死循环了。
永久区（Perm）：
永久存储区是一个常驻内存区域，用于存放JDK自身所携带的Class，Interface的元数据，也就是说它存储的是运行环境必须的类
信息，被装载进此区域的数据是不会被垃圾回收器回收掉的，关闭JVM才会释放此区域所占用的内存。
如果出现 java.lang.OutOfMemoryError：PermGen space ，说明是 Java虚拟机对永久代Perm内存设置不够。一般出现这种情况，
都是程序启动需要加载大量的第三方jar包。
例如：在一个Tomcat下部署了太多的应用。或者大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。
Jdk1.6之前： 有永久代，常量池1.6在方法区
Jdk1.7： 有永久代，但是已经逐步 “去永久代”，常量池1.7在堆
Jdk1.8及之后：无永久代，常量池1.8在元空间
二、GC分类
熟悉堆的三区结构后，方可学习JVM垃圾回收机制。
记住GC口诀： 分代收集算法
次数频繁Young区，次数较少Old区，基本不动Perm（永久区）区
JVM在GC时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是新生代
GC安装回收的区域分成两种：普通GC（minor GC），全局GC（major GC or Full GC）
普通GC：只针对新生代的GC
全局GC：针对老年代的GC，偶尔伴随对新生代的GC以及对永久代的GC
三、GC四大算法
1. 引用计数法
每个对象有一个引用计数器，当对象被引用一次则计数器加1，当对象引用失效一次，则计数器减1；
对于计数器为0的对象意味着是垃圾对象，可以被GC回收。
目前虚拟机基本都是采用 可达性算法 ，从 GC Roots 作为起点开始搜索，那么整个连通图中的对象里边都是活对象，对于GC Roots 无法到达的对象变成了垃圾回收对象，随时可被GC回收。
2. 复制算法
年轻代中使用的是
Minor GC，采用的就是复制算法 (Copying)
好处：没有内存碎片，坏处：浪费内存空间
劣势：
1、他浪费了一半的内存，这太要命了.
2、如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍。
复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视，所以从以上描述不难看出。
复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服50%的内存浪费。
3. 标记清除（Mark-Sweep）
扫描（Mark）：从根集合开始扫描，对存活的对象进行标记
清除（Sweep）：扫描整个内存空间，回收未标记的对象，使用free-list记录可用区域
优点：不需要额外的空间；
缺点：两次扫描，验证浪费时间，会产生内存碎片；
4. 标记清除压缩算法（Mark-Sweep-Compact）
进一步优化——标记压缩（Mark-Compact）
最终版本算法 —— 先标记清除几次，再进行压缩
总结
内存效率：
复制算法 > 标记清除算法 > 标记整理算法 (时间复杂度)
内存整齐度：复制算法 = 标记整理算法 > 标记清除算法
内存利用率：标记整理算法 = 标记清除算法 > 复制算法
可以看出，效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存，而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标，标记整理算法相对来说更平滑一些 ， 但是效率上依然不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，又比标记清除多了一个整理内存的过程。
【问】难道就没有一种最优算法吗？
答案 ： 无，没有最好的算法，只有最合适的算法 —— GC: 分代收集算法
年轻代：
- 存活率低
- 使用复制算法
老年代：
- 区域大，存活率高
- 标记清除（内存碎片不是太多的时候） + 标记压缩混合
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