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GC是GarbageCollection资源回收的英文缩写。是一个应用程序不可或缺的机制。不管用什么语言开发的应用，都离不开它，但是，我们平时讲的最多的是java语言开发项目的GC。首先，java是当前应用服务开发中使用最多的程序语言；其次，java语言有一套完整、易懂的内存管理机制，而且还在不断完善之中。这两点，就足以成为大家讨论的焦点。另外，对于一个应用服务而言，总是在不断追求性能提升之中，而只有搞懂它，才能让项目的性能更加优秀。

所以，做为一位性能测试人员，我们需要懂得一些GC知识。

在讲解GC知识之前，我们还需要试图理解一下java的内存知识。

java内存知识

一个java程序启动，会向内存条中申请一段内存空间，用来存放程序运行所需要的基础数据，这个空间的大小，可以通过java运行容器即JVM(java虚拟机)配置参数进行配置。java程序启动，要保持运行状态，就需要把一些数据放入内存中，而这些数据种类非常多，每个种类的占用空间大小也各不相同，他们分别存放在内存中的什么位置，也都会记录在虚拟内存中。

使用项目功能时，不同的功能，需要不同类型的数据，数据量大小也不一样，CPU就会去问虚拟内存，获取数据类型以及其在内存中的位置，如果内存中拿不到，就去磁盘或其他外部输入上获取数据。

新的数据，也将暂时保存到内存中，时间一久，内存中放置的数据就会越来越多，如果，不进行空间回收，再大的内存空间也不够用，更何况内存空间不可能无限大，所以，内存需要GC资源回收，这样，才能保障项目持久运行。

但是，GC资源回收，也不能一刀切，什么都回收，而应该只回收无用的‘垃圾’，所以，有时也把GC叫做‘垃圾回收’。

既然不能一刀切，那就得仔细分析一番了。

首先，一个项目在内存中的数据种类很多，但是，最主要的还是堆Heap类型，这个区域几乎占据了整个内存空间的95%以上。所以，GC资源回收问题的核心就是对堆区资源的回收。

这么大一个区域，它也是有细分的，以JDK_HostSpot虚拟机为例(当下java程序使用最广泛的JVM)，传统的分法是把堆区分为：新生代New区，老年代Tenured区，持久代PermGen(java7及以上)或叫元空间MetaSpace(java8及以后)。

项目运行过程中，新进入内存的数据，首先进入的是新生代New区，所以，理论上期望新生代越大越好，这样就能装更多的数据，但是，进入新生代的数据，大多数，只会使用少量几次，就再不会被用到，如果不进行清理，那就是浪费宝贵的内存空间，所以，需要制定清理策略，清理无用的数据，腾出空间，临时存放新数据，从而提高新生代空间复用率。但是，这个清理，就像‘打扫家庭卫生’一样，清理一遍，就会有些数据位置移动，移动数据，就需要更新虚拟内存，而如果此时要往新生代中丢入数据，或读取数据，都无法操作，所以，每次清理，都会出现短暂卡顿。哪为什么项目的使用者，感受不到这个卡顿呢？这是因为卡顿的时间很短，一般人是直接感受不出来的，如果人都感受出来了，那么，此时，项目的性能就非常糟糕，用户体验就非常差了。

对新生代进行多次清理之后，如果还有一些数据‘赖’着不走，就会被移动到老年代中，同时更新虚拟内存，告诉该数据已经转移到老年代中，后续要用，就去老年代的内存地址中去读取，这就是老年代中数据的来由。老年代和新生代一样，理论上也期望能无限大，但是，实际是不可能的，所以，它也需要制定清理策略，从而提高空间利用率。

持久代(元空间)，这个区域，主要是存放一些代码类，相对来说变动的可能性比较小，所以叫‘持久’代嘛，但是，也并不是说就永远不会变，只是相对变动比较小，也是需要定期清理再利用的。

明白了这些之后，java内存空间，视乎就成为了一个三元一次方程。假设X为新生代，Y为老年代，Z为元空间，N为单位时间新生代回收次数，T为单位时间老年代回收次数，P为单位时间元空间回收次数，x为新生代资源每次回收卡顿时长，y为老年代资源每次回收卡顿时长，z为元空间资源每次回收卡顿时长，他们的关系是：

X + Y + Z = 总内存NX + TY + PZ = 总利用内存NXx + TYy + PZz = 总卡顿时长

如果，把新生代X调大，N就会变小，x就会变大；把老年代Y调大，T就会变小，y就会变大；把元空间Z调大，P就会变小，z就会变大。而且，老年代资源每次回收造成的卡顿时间y，一般是远大于新生代资源每次回收卡顿时长x。所以，最后java内存性能优化，就变成了这样一个三元一次方式求最优解了。

这样，一个三元一次方程，不是一个简单数学题，而是一个工程题。

优化新生代、老年代资源回收策略，降低每次卡顿时长，就能整体降低总卡顿时长；优化新生代和老年代的空间大小，就能改变资源回收的频率，从而改变总卡顿时长；所以，在java语言的迭代更新中，我们看到，不断的在优化资源回收策略。

GC资源回收策略

从目前的讨论最多的GC回收策略来看，主要集中在如下集中。

GC回收策略

开启参数

解析

Serial收集器(串行回收器)

-XX:+UseSerialGC

最老最稳定的高效回收器，使用一个线程去回收新生代和老年代，新生代为复制算法(Copy)，老年代用标记-清理(Mark-Sweep)清理算法，回收时会暂停服务，导致服务卡顿。

ParNew收集器

-XX:+UseParNewGC

-XX:ParallelGCThreads 限制线程数

是Serial收集器的多线程版本，新生代并行，老年代串行。

Parallel收集器(并行收集器)

-XX:+UseParallelGC

Parallel收集器(PS)可以通过参数，动态调节以提供最合适的停顿时间或最大吞吐量。用复制算法(Copy)并行回收新生代，用标记-整理(Mark-Compact)串行回收老年代。

Parallel Old收集器(并行回收老年代)

-XX:+UseParallelOldGC

ParallenOld收集器，新生代和老年代，都并行回收。

CMS(ConcurrentMarkSweep)收集器(并发标记清除收集器)

-XX:+UseConcMarkSweepGC

一种以获取最短卡顿时间为目标的收集器，新生代依然使用ParNew收集算法，而老年代使用标记-清理(Mark-Sweep)算法。

G1收集器(GarbageFist)

-XX:+UseG1GC

java9开始的默认回收器，这种收集器，将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域(Region)，虽然还保留有新生代和老年代的概念，新生代和老年代已经不是连续的内存空间，它们都是一部分(可以不连续)Region的集合。资源回收时，采用标记-压缩(Mark-Compact)算法，不会产生内存碎片。

注意：每一种资源回收机制，都有很多配置参数，这里只列出开启某中回收机制的配置参数，其他配置参数，需要自己拓展。但是，要注意，每种回收机制的配置参数都不尽相同，不要混用。

很多人可能都知道，新的jdk版本如11、17、19都在宣传性能上得到很大提升，其提升的一个重要手段就是采用G1收集器，并不断优化执行效率。

知道有这些回收策略可选，那怎么知道哪些‘垃圾’，是可以被回收的呢？

哪些可以被回收？

这个一般有两种算法：

  • 引用计数法：每个对象都有一个引用计数属性，新增一个引用时，计数就加1，释放时，就减1，当计数为0时，说明该对象没有被引用了，可以被回收。
  • 是否可达法：从GC根对象开始往下查找引用链路，如果某个对象，没有任何引用链路可达，就说明该对象是一个数据‘孤岛’，可以被回收。

什么时候回收？

这个就很容易了，常见的也有两种：

  • 定时回收：就是设定一个间隔时间长度，每隔一个间隔时间，就进行一次回收。
  • 触发回收：配置一个触发阈值，如设置‘-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70’是使用CMS收集器时，内存空间使用率达到70%就触发资源回收。

具体怎么回收？

常见的有四种：

  • 复制算法(COPY)：就是将内存划分为两个相等的内存空间，每次只使用其中一块，当其中一块内存满时，将依然存活的对象复制移动到另外一块空的内存，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
  • 标记-清理(Mark-Sweep)：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。
  • 标记-压缩(Mark-Compact)：它的过程与标记-清理相似，不同的是，后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的对象。
  • 分代收集算法(Generational-Collection)：是以上几种算法的结合使用，将内存划分为几个区，结合每一块内存的功能和对象生存周期，为每块区域使用不通的收集算法，实现垃圾收集的效率最大化。

好了，现在我们对GC有了基本了解了，可以先自己思考下，如何通过调整GC和其参数，改变项目性能？同时，也可以思考一下，为什么有GC资源回收机制，还会出现OOM内存溢出的问题呢？

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