摘要：現(xiàn)在，通過(guò)對(duì)這三種方式進(jìn)行融合，出現(xiàn)了一些更加高級(jí)的方式。這樣一來(lái)，需要掃描的對(duì)象數(shù)量就會(huì)大幅減少。像這樣以全部區(qū)域?yàn)閷?duì)象的操作被稱為完全回收或者大回收。在一般的算法中，作出這樣的保證是不可能的，因?yàn)楫a(chǎn)生的中斷時(shí)間與對(duì)象的數(shù)量和狀態(tài)有關(guān)。

jvm系列

垃圾回收基礎(chǔ)

JVM的編譯策略

GC的三大基礎(chǔ)算法

GC的三大高級(jí)算法

GC策略的評(píng)價(jià)指標(biāo)

JVM信息查看

GC通用日志解讀

jvm的card table數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

Java類初始化順序

Java對(duì)象結(jié)構(gòu)及大小計(jì)算

Java的類加載機(jī)制

Java對(duì)象分配簡(jiǎn)要流程

年老代過(guò)大有什么影響

Survivor空間溢出實(shí)例

關(guān)于Object=null

Java線程與Xss

GC的基本算法，大體上都逃不出標(biāo)記清除法/標(biāo)記壓縮法、復(fù)制收集算法、引用計(jì)數(shù)法這三種方式以及它們的衍生品?，F(xiàn)在，通過(guò)對(duì)這三種方式進(jìn)行融合，出現(xiàn)了一些更加高級(jí)的方式。這里，我們介紹一下其中最有代表性的三種，即分代回收、增量回收和并行回收。有些情況下，也可以對(duì)這些方法中的幾種進(jìn)行組合使用。

首先，我們來(lái)講講高級(jí)GC技術(shù)中最重要的一種，即分代回收（Generational GC）。由于GC和程序處理的本質(zhì)是無(wú)關(guān)的，因此它所消耗的時(shí)間越短越好。分代回收的目的，正是為了在程序運(yùn)行期間，將GC所消耗的時(shí)間盡量縮短。分代回收的基本思路，是利用了一般性程序所具備的性質(zhì)，即大部分對(duì)象都會(huì)在短時(shí)間內(nèi)成為垃圾，而經(jīng)過(guò)一定時(shí)間依然存活的對(duì)象往往擁有較長(zhǎng)的壽命。如果壽命長(zhǎng)的對(duì)象更容易存活下來(lái)，壽命短的對(duì)象則會(huì)被很快廢棄，那么到底怎樣做才能讓GC變得更加高效呢？如果對(duì)分配不久，誕生時(shí)間較短的“年輕”對(duì)象進(jìn)行重點(diǎn)掃描，應(yīng)該就可以更有效地回收大部分垃圾。

在分代回收中，對(duì)象按照生成時(shí)間進(jìn)行分代，剛剛生成不久的年輕對(duì)象劃為新生代（Young gen-eration），而存活了較長(zhǎng)時(shí)間的對(duì)象劃為老生代（Old generation）。根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)方式的不同，可能還會(huì)劃分更多的代，在這里為了講解方便，我們就先限定為兩代。如果上述關(guān)于對(duì)象壽命的假說(shuō)成立的話，那么只要僅僅掃描新生代對(duì)象，就可以回收掉廢棄對(duì)象中的很大一部分。像這種只掃描新生代對(duì)象的回收操作，被稱為小回收（Minor GC）。小回收的具體回收步驟如下。首先從根開(kāi)始一次常規(guī)掃描，找到“存活”對(duì)象。這個(gè)步驟采用標(biāo)記清除或者是復(fù)制收集算法都可以，不過(guò)大多數(shù)分代回收的實(shí)現(xiàn)都采用了復(fù)制收集算法。需要注意的是，在掃描的過(guò)程中，如果遇到屬于老生代的對(duì)象，則不對(duì)該對(duì)象繼續(xù)進(jìn)行遞歸掃描。這樣一來(lái)，需要掃描的對(duì)象數(shù)量就會(huì)大幅減少。然后，將第一次掃描后殘留下來(lái)的對(duì)象劃分到老生代。具體來(lái)說(shuō)，如果是用復(fù)制收集算法的話，只要將復(fù)制目標(biāo)空間設(shè)置為老生代就可以了；而用標(biāo)記清除算法的話，則大多采用在對(duì)象上設(shè)置某種標(biāo)志的方式。

從任何地方都沒(méi)有進(jìn)行引用的老生代中的F對(duì)象，會(huì)通過(guò)大回收操作進(jìn)行回收。

對(duì)來(lái)自老生代的引用進(jìn)行記錄這個(gè)時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了，從老生代對(duì)象對(duì)新生代對(duì)象的引用怎么辦呢？如果只掃描新生代區(qū)域的話，那么從老生代對(duì)新生代的引用就不會(huì)被檢測(cè)到。這樣一來(lái)，如果一個(gè)年輕的對(duì)象只有來(lái)自老生代對(duì)象的引用，就會(huì)被誤認(rèn)為已經(jīng)“死亡”了。因此，在分代回收中，會(huì)對(duì)對(duì)象的更新進(jìn)行監(jiān)視，將從老生代對(duì)新生代的引用，記錄在一個(gè)叫做記錄集（remembered set）的表中（圖5）。在執(zhí)行小回收的過(guò)程中，這個(gè)記錄集也作為一個(gè)根來(lái)對(duì)待。

要讓分代回收正確工作，必須使記錄集的內(nèi)容保持更新。為此，在老生代到新生代的引用產(chǎn)生的瞬間，就必須對(duì)該引用進(jìn)行記錄，而負(fù)責(zé)執(zhí)行這個(gè)操作的子程序，需要被嵌入到所有涉及對(duì)象更新操作的地方。這個(gè)負(fù)責(zé)記錄引用的子程序是這樣工作的。設(shè)有兩個(gè)對(duì)象：A和B，當(dāng)對(duì)A的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)，并加入對(duì)B的引用時(shí)，如果①A屬于老生代對(duì)象，②B屬于新生代對(duì)象，則將該引用添加到記錄集中。這種檢查程序需要對(duì)所有涉及修改對(duì)象內(nèi)容的地方進(jìn)行保護(hù)，因此被稱為寫(xiě)屏障（Write barrier）。寫(xiě)屏障不僅用于分代回收，同時(shí)也用在很多其他的GC算法中。雖說(shuō)老生代區(qū)域中的對(duì)象一般來(lái)說(shuō)壽命都比較長(zhǎng)，但也決不是“不老不死”的。隨著程序的運(yùn)行，老生代區(qū)域中的“死亡”對(duì)象也在不斷增加。為了避免這些死亡的老生代對(duì)象白白占用內(nèi)存空間，偶爾需要對(duì)包括老生代區(qū)域在內(nèi)的全部區(qū)域進(jìn)行一次掃描回收。像這樣以全部區(qū)域?yàn)閷?duì)象的GC操作被稱為完全回收（Full GC）或者大回收（Major GC）。分代回收通過(guò)減少GC中掃描的對(duì)象數(shù)量，達(dá)到縮短GC帶來(lái)的平均中斷時(shí)間的效果。不過(guò)由于還是需要進(jìn)行大回收，因此最大中斷時(shí)間并沒(méi)有得到什么改善。從吞吐量來(lái)看，在對(duì)象壽命假說(shuō)能夠成立的程序中，由于掃描對(duì)象數(shù)量的減少，可以達(dá)到非常不錯(cuò)的成績(jī)。但是，其性能會(huì)被程序行為、分代數(shù)量、大回收觸發(fā)條件等因素大幅度左右。

在對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的程序中，比起縮短GC的平均中斷時(shí)間，往往更重視縮短GC的最大中斷時(shí)間。例如，在機(jī)器人的姿勢(shì)控制程序中，如果因?yàn)镚C而讓控制程序中斷了0.1秒，機(jī)器人可能就摔倒了?；蛘撸绻囕v制動(dòng)控制程序因?yàn)镚C而延遲響應(yīng)的話，后果也是不堪設(shè)想的。在這些對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的程序中，必須能夠?qū)C所產(chǎn)生的中斷時(shí)間做出預(yù)測(cè)。例如，可以將“最多只能中斷10毫秒”作為附加條件。在一般的GC算法中，作出這樣的保證是不可能的，因?yàn)镚C產(chǎn)生的中斷時(shí)間與對(duì)象的數(shù)量和狀態(tài)有關(guān)。

因此，為了維持程序的實(shí)時(shí)性，不等到GC全部完成，而是將GC操作細(xì)分成多個(gè)部分逐一執(zhí)行。這種方式被稱為增量回收（Incremental GC）。在增量回收中，由于GC過(guò)程是漸進(jìn)的，在回收過(guò)程中程序本身會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，對(duì)象之間的引用關(guān)系也可能會(huì)發(fā)生變化。如果已經(jīng)完成掃描和標(biāo)記的對(duì)象被修改，對(duì)新的對(duì)象產(chǎn)生了引用，這個(gè)新對(duì)象就不會(huì)被標(biāo)記，明明是“存活”對(duì)象卻被回收掉了。在增量回收中為了避免這樣的問(wèn)題，和分代回收一樣也采用了寫(xiě)屏障。當(dāng)已經(jīng)被標(biāo)記的對(duì)象的引用關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)寫(xiě)屏障會(huì)將新被引用的對(duì)象作為掃描的起始點(diǎn)記錄下來(lái)。由于增量回收的過(guò)程是分步漸進(jìn)式的，可以將中斷時(shí)間控制在一定長(zhǎng)度之內(nèi)。另一方面，由于中斷操作需要消耗一定的時(shí)間，GC所消耗的總時(shí)間就會(huì)相應(yīng)增加，正所謂有得必有失。

最近的計(jì)算機(jī)中，一塊芯片上搭載多個(gè)CPU核心的多核處理器已經(jīng)逐漸普及。不僅是服務(wù)器，就連個(gè)人桌面電腦中，多核CPU也已經(jīng)成了家常便飯。例如美國(guó)英特爾公司的Core i7就擁有6核12個(gè)線程。在這樣的環(huán)境中，就需要通過(guò)利用多線程來(lái)充分發(fā)揮多CPU的性能。并行回收正是通過(guò)最大限度利用多CPU的處理能力來(lái)進(jìn)行GC操作的一種方式。并行回收的基本原理是，是在原有的程序運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行GC操作，這一點(diǎn)和增量回收是相似的。不過(guò)，相對(duì)于在一個(gè)CPU上進(jìn)行GC任務(wù)分割的增量回收來(lái)說(shuō)，并行回收可以利用多CPU的性能，盡可能讓這些GC任務(wù)并行（同時(shí)）進(jìn)行。由于軟件運(yùn)行和GC操作是同時(shí)進(jìn)行的，因此就會(huì)遇到和增量回收相同的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，并行回收也需要用寫(xiě)屏障來(lái)對(duì)當(dāng)前的狀態(tài)信息保持更新。不過(guò)，讓GC操作完全并行，而一點(diǎn)都不影響原有程序的運(yùn)行，是做不到的。因此在GC操作的某些特定階段，還是需要暫停原有程序的運(yùn)行。在多核化快速發(fā)展的現(xiàn)在，并行回收也成了一個(gè)非常重要的話題，它的算法也在不斷進(jìn)行改善。在硬件系統(tǒng)的支持下，無(wú)需中斷原有程序的完全并行回收器也已經(jīng)呼之欲出。今后，這個(gè)領(lǐng)域相當(dāng)值得期待。

代碼的未來(lái)