垃圾回收

一、可达性分析

GC ROOT

虚拟机栈中的引用的对象

方法区中静态属性引用的对象

方法区中常量引用的对象

本地方法栈中引用的对象

虚拟机内部的引用，比如基本数据类型对应的Class对象、常驻的异常对象（NullPointException、OutOfMemoryError等）、系统类加载器

GC Roots的生成

1）在类加载完成后，记录对象什么偏移量上是什么类型的数据
2）在安全点，记录下栈和寄存器中哪些位置是引用

安全点

按照是否具有让程序长时间执行的特征为标准选取安全点。如指令序列的复用（方法调用、循环跳转、异常跳转等）特征

通过主动轮训标志位（test指令）的内存保护陷阱方式。

安全点包含轮训标志的地方及创建对象和其它需要在Java堆上分配内存的地方（检查是否将要发生垃圾回收，避免没有足够的内存分配）

安全区域

确保在某一代码片段中，引用关系不会发生变化，因此在安全区域内进行垃圾收集是安全的。

当用户线程进入安全区域后，首先标识自己进入到了安全区域，这样垃圾收集时今不用管这些进入安全区域的线程；当用户线程要离开安全区域时，要检查根节点枚举是否已经完成，完成则可以继续执行，否则等待，直到收到可以离开安全区域的信号。

记忆集（Remebered Set）

记录从非收集区域指向收集区域的指针集合的抽象数据结构。

卡表实现：

卡槽为512个字节，记录非收集区域对象的512字节内存区域是否指向收集区域。

写屏障

虚拟机通过写屏障技术，在引用类型字段赋值动作发生时加入AOP切面实现。

为避免卡表元素的伪共享问题，可使用有条件的写屏障（即判断卡表元素不是Dirty状态是才会更新卡表）

void oop_field_store(oop* field, oop new_value) {  
    pre_write_barrier(field); // 写屏障-写前操作
    *field = new_value; 
    post_write_barrier(field, value);  // 写屏障-写后操作
}

增量更新时写后屏障，也就是引用变化后：

void post_write_barrier(oop* field, oop new_value) {  
  if($gc_phase == GC_CONCURRENT_MARK && !isMarkd(field)) {
      remark_set.add(new_value); // 记录新引用的对象
  }
}

SATB是写前屏障，也就是引用变化前：

void pre_write_barrier(oop* field) {
  // 处于GC并发标记阶段 且 该对象没有被标记（访问）过
  if($gc_phase == GC_CONCURRENT_MARK && !isMarkd(field)) { 
      oop old_value = *field; // 获取旧值
      remark_set.add(old_value); // 记录  原来的引用对象
  }
}

读屏障：

void pre_load_barrier(oop* field, oop old_value) {  
  if($gc_phase == GC_CONCURRENT_MARK && !isMarkd(field)) {
      oop old_value = *field;
      remark_set.add(old_value); // 记录读取到的对象
  }
}

三色标记

使用白灰黑三种颜色标记对象。白色是未标记；灰色自身被标记，引用的对象未标记；黑色自身与引用对象都已标记。

1）对象消失的充要条件：
赋值器删除了所有灰色对象指向该白色对象的直接或间接引用
赋值器添加一个或多个从黑色对象到白色对象的引用

2）对象消失的解决方案：

基于原始快照(SATB)：破坏冲要条件的第一条，当删除灰色对象到白色对象的引用时，会将该应用关系记录下来；待并发标记结束后，重新扫描记录中的灰色对象(重新标记)。
可以理解为，无论删除与否，都是基于该开始那一刻的原始快照进行扫描

增量更新：破坏充要条件的第二条，当添加一个从黑色对象到白色对象的引用时，会将该引用关系记录下来；待并发标记结束时，重新扫描记录中的黑色对象(重新标记)。
可以理解为，当添加黑色对象到白色对象的引用时，将黑色对象标记为灰色。

CMS使用的是增量更新，G1使用的是原始快照。

二、回收算法

• 复制

新生代：少量对象存活

• 标记整理

老年代：大多数对象都是存活

标记清除

老年代：大多数对象都是存活

三、垃圾回收器

（一）、Serial

• 新生代
• 复制算法
• 单线程

（二）、ParNew

• 新生代
• 复制算法
• 多线程
• 并行

（三）、Parallel Scavenge

吞吐量 = （业务代码执行时间）/ (业务代码执行时间+GC时间)

• 新生代
• 复制算法
• 多线程
• 并行
• 更关注吞吐量

（四）、Serial Old

• 老年代
• 标记整理
• 单线程

（五）、Parallel Old

• 老年代
• 标记整理
• 多线程
• 并行
• 更关注吞吐量

（六）、CMS

• 老年代
• 标记清除
• 多线程
• 并发
• 更关注停顿时间

初始标记

并发标记

重新标记

并发清理

（七）、GC

• 尝试满足最小停顿时间（可以设置），同时拥有更高的吞吐量
• 逻辑上的Eden、Survived、Old，大对象（H），物理上不分
• 适用于堆内存使用超过50%、对象晋升率高、停顿时间要求高。

初始标记

并发标记

最终标记

筛选回收（堆每个region的排序选择性清理，以期达到期望）