標(biāo)簽（空格分隔）： JVM

概述

1. GC需要完成的事情
   • 哪些內(nèi)存需要進(jìn)行回收？
   • 什么時候回收？
   • 怎么回收？
2. GC關(guān)注的部分
   • Java堆
   • 方法區(qū)
   • 解釋：一個接口中的多個實(shí)現(xiàn)類所需要的內(nèi)存可能不一樣，一個方法中的多個分支所需的內(nèi)存也可能不一樣，我們只有在程序處于運(yùn)行期間才知道會創(chuàng)建哪些對象，這部分內(nèi)存的分配和回收都是動態(tài)的

對象的存在

判定對象存活的算法

1. 引用計數(shù)算法（Reference Counting）
   • 給對象中添加一個引用計數(shù)器，每當(dāng)有一個地方引用它時，計數(shù)器就加1；當(dāng)引用失效時，計數(shù)器就減1；任何時刻計數(shù)器為0的對象都是不可能再被使用的
   • 但是：主流Java虛擬機(jī)里面沒有選用引用計數(shù)算法來管理內(nèi)存，因為它沒有辦法解決對象之間相互循環(huán)引用的問題
2. 可達(dá)性分析算法（Reachability Analysis）
   • 基本思路：通過一系列成為“GC Roots” 的對象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過的路徑成為引用鏈，當(dāng)一個對象到GC Roots 沒有任何引用鏈相連（用圖論的話來說，就是從GC Roots 到這個對象不可達(dá)）時，則證明此對象是不可用的
   • 可作為GC Roots 的對象
     • 虛擬機(jī)棧（局部變量表）中引用的對象
     • 方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對象
     • 方法區(qū)中常量引用的對象
     • 本地方法棧中JNI（一般來說的Native方法）引用的對象

對象引用

1. 四種對象引用概述
   • 強(qiáng)引用（Strong Reference）
   • 軟引用（Soft Reference）
   • 弱引用（Weak Reference）
   • 虛引用（Phantom Reference）
   • 四種引用強(qiáng)度依次減弱
2. 四種引用對象詳解
   • 強(qiáng)引用：就是指程序代碼中普遍存在的，類似“Object obj=new Object()”這類的引用，只要強(qiáng)引用還存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會回收掉被引用的對象
   • 軟引用：用來描述一些還有用但并非必需的對象；對于軟引用關(guān)聯(lián)著的對象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，將會把這些對象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收，如果這次回收還沒有足夠的內(nèi)存的話，才會拋出內(nèi)存溢出異常
   • 弱引用：也是用來描述非必需對象的，但是比軟引用的作用更弱一些，被弱引用關(guān)聯(lián)的對象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前。當(dāng)垃圾收集器工作時，無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象
   • 虛引用：也成為幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。一個對象是否有虛引用的存在，完全不會對其生存時間構(gòu)成影響，也無法通過虛引用來取得一個對象的實(shí)例，唯一目的就是能在這個對象被收集器回收時受到一個系統(tǒng)通知

對象的生存或死亡

1. 判斷一個對象真正死亡要至少經(jīng)過兩次標(biāo)記
   • 第一次標(biāo)記：如果對象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與GC Roots相連接的引用鏈，那它將會被第一次標(biāo)記并且進(jìn)行第一次篩選
     • 篩選判定的條件是此對象有沒有必要執(zhí)行finalize方法，當(dāng)對象沒有覆蓋此方法或者此方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，虛擬機(jī)將這兩種情況都視為沒有必要執(zhí)行
     • 如果這個對象被判定有必要執(zhí)行finalize方法，那么這個對象將會放置在一個叫做F-Queue的隊列之中，并由一個有虛擬機(jī)自動建立的低優(yōu)先級的Finalizer線程去執(zhí)行它
   • 第二次標(biāo)記：finalize方法是對象逃脫死亡命運(yùn)的最后一次機(jī)會稍后GC將會對F-Queue中的對象進(jìn)行第二次小規(guī)模的標(biāo)記，如果對象要在finalize方法中成功拯救自己--只要重新與引用鏈上的任何一個對象建立聯(lián)系即可，譬如把自己（this關(guān)鍵字）賦值給某個變量或者對象的成員變量，那在第二次標(biāo)記時，它將會被移除“即將回收”的集合

回收方法區(qū)

1. 永久代的垃圾收集
   • 廢棄常量：
   • 無用的類：
     • 該類的所有實(shí)例都已經(jīng)被回收，也就是Java堆中不存在該類的任何實(shí)例
     • 加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收
     • 該類對應(yīng)的Java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法

垃圾收集算法

1. 整體概述
   • 標(biāo)記-清除算法（Mark-Sweep）
   • 復(fù)制算法（Copying）
   • 標(biāo)記整理算法（Mark-Compact）
   • 分代收集算法（Generational Collection）
2. 模塊詳解
   • 標(biāo)記-清除算法:首先標(biāo)記要回收的對象，在標(biāo)記完成之后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象
     • 效率問題：
     • 空間問題：會產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片
   • 復(fù)制算法：將內(nèi)存劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這一塊內(nèi)存用完了，就將還存活的對象復(fù)制到另一塊上去，然后再把已經(jīng)使用過的內(nèi)存空間一次清理掉
     • 商用虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)：IBM公司的專門研究表明，新生代中的對象98%都是朝生夕死的，所以并不需要按照1：1的比例來劃分內(nèi)存空間，而是將內(nèi)存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden空間和其中一塊Survivor；當(dāng)回收時，將Eden空間和剛才用過的Survivor中還存活著的對象一次性的復(fù)制到另外一塊Survivor空間上，最后清理掉Eden和剛才用過的Survivor空間
     • HotSpot：默認(rèn)Eden空間和Survivo空間的大小比例8：1，也就是說，每次新生代中可用內(nèi)存空間為整個新生代容量的90%，只有10%會被浪費(fèi)；當(dāng)Survivor空間不夠時，需要依賴其他內(nèi)存（老年代）進(jìn)行分配擔(dān)保（Handle Promotion）
   • 標(biāo)記-整理算法：根據(jù)老年代的特點(diǎn)，先標(biāo)記要清楚的對象，然后將所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存
   • 分代收集算法：把Java堆分為新生代和老年代
     • 新生代：每次垃圾收集都發(fā)現(xiàn)會有大批對象死去，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法
     • 老年代：對象存活率較高、沒有額外的空間對它進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用”標(biāo)記-清除“或”標(biāo)記-整理“算法

HotSpot的算法實(shí)現(xiàn)

枚舉根節(jié)點(diǎn)

在HotSpot虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)中，虛擬機(jī)有辦法達(dá)到當(dāng)執(zhí)行系統(tǒng)停頓下來（即Stop-The-World）并不需要一個不漏的檢查完所有執(zhí)行上下文和全局的引用位置，而直接得到哪些地方存放著對象的引用的目的，即使用一組OopMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來達(dá)到這個目的，在類加載完成的時候，HotSpot就把對象內(nèi)什么偏移量上是什么類型的數(shù)據(jù)計算出來，在JIT編譯過程中，也會在特定的位置記錄下棧和寄存器中哪些位置是引用

安全點(diǎn)

1. 概述
   • 實(shí)際上，HotSpot也的確沒有為每一條指令都生成OopMap，前面已經(jīng)提到，只是在“特定的位置”記錄了這些信息，這些位置成為安全點(diǎn)（Safepoint）
   • 方法調(diào)用、循環(huán)跳轉(zhuǎn)、異常跳轉(zhuǎn)等具有讓程序長時間執(zhí)行的特征的指令才會產(chǎn)生Safepoint
2. 在GC發(fā)生時，讓所有線程跑到安全點(diǎn)
   • 搶先式中斷（Preemptive）：
   • 主動式中斷（Voluntary Suspension）：輪詢標(biāo)志

安全區(qū)域

安全區(qū)域（Safe Region）是指在一段代碼之中，引用關(guān)系不會發(fā)生變化；在這個區(qū)域內(nèi)的任何地方開始GC都是安全的

垃圾收集器

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整體概述

1. 各種收集器
   • Serial收集器
   • ParNew收集器
   • Parallel Scavenge收集器
   • Serial Old收集器
   • Parallel Old收集器
   • CMS收集器
   • G1收集器

模塊詳解

1. Serial收集器

   • 單線程
   • “Stop-The-World”
   • Client模式下簡單而高效，新生代收集器

2. ParNew收集器

   • 多線程
   • “Stop-The-World”
   • Server模式下，首選新生代收集器

3. Parallel Scavenge收集器

   • 并行多線程
   • 新生代收集器
   • 復(fù)制算法
   • 目的：達(dá)到一個可控的吞吐量（吞吐量=運(yùn)行用戶代碼時間/（運(yùn)行用戶代碼時間+垃圾收集時間））

4. Serial Old收集器

   • 單線程
   • 標(biāo)記整理算法
   • 老年代收集器
   • 主要作用是在Client模式下

5. Parallel Old收集器

   • 多線程
   • 標(biāo)記整理算法
   • 老年代收集器

6. CMS收集器(Concurrent Mark Sweep)

   • 主要目的：獲取最短回收停頓時間
   • 標(biāo)記清除算法
   • 運(yùn)作過程
     • 初始標(biāo)記
     • 并發(fā)標(biāo)記
     • 重新標(biāo)記
     • 并發(fā)清除
   • 缺點(diǎn)
     • 對CPU資源敏感
     • 無法處理浮動垃圾
     • 大量空間碎片產(chǎn)生

7. G1收集器（Garbage-First）

   • 并行和并發(fā)
   • 分代收集
   • 空間整合
   • 可預(yù)測的停頓
   • 運(yùn)作過程
     • 初始標(biāo)記
     • 并發(fā)標(biāo)記
     • 最終標(biāo)記
     • 篩選回收

Serial/Serial Old.png

ParNew/Serial Old.png

Serial/Serial Old.png

Parallel Scavenge/Parallel Old.png

Concurrent Mark Sweep.png

G1.png

GC日志的理解

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1. 各部分詳解
   • 第一塊（紅色）：表示GC發(fā)生的時間，從Java虛擬機(jī)啟動以來經(jīng)過的秒數(shù)
   • 第二塊（紫色）：表示GC的停頓類型，如果是Full，則這次GC是發(fā)生了Stop-The-World的
   • 第三塊（青色）：表示GC發(fā)生的區(qū)域，名稱與GC收集器相關(guān)聯(lián)
   • 第四塊（綠色）：表示GC前該內(nèi)存區(qū)域已使用容量->GC后該內(nèi)存區(qū)域已使用容量（該內(nèi)存區(qū)域總?cè)萘浚?/li>
   • 第五塊（橙色）：表示GC所占用的時間，單位為秒
   • 第六塊（黃色）：表示GC前Java堆已使用容量->GC后Java堆已使用容量（Java堆總?cè)萘浚?/li>

內(nèi)存分配與回收策略

對象優(yōu)先在Eden（新生代）分配

1. 當(dāng)Eden區(qū)域沒有足夠的空間進(jìn)行分配時，虛擬機(jī)將發(fā)起一次Minor GC
2. Minor GC和Major GC
   • Minor GC（新生代GC）：非常頻繁，而且速度較快
   • Major GC（老年代GC）：一般比Minor GC慢上10倍以上

大對象直接進(jìn)入老年代

大對象：需要大量連續(xù)的內(nèi)存空間的Java對象，例如很長的字符串以及數(shù)組

長期存活的對象將進(jìn)入老年代

虛擬機(jī)給每個對象定義了一個對象年齡計數(shù)器，如果對象在Eden出生并經(jīng)過第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor 容納的話，將被移動到Survivor空間中，并且對象年齡設(shè)為1，對象在Survivor區(qū)中每熬過一次Minor GC年齡就增加1歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度（默認(rèn)是15歲），就會被晉升到老年代

動態(tài)年齡判定

如果在Survivor空間中相同年齡的所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或等于該年齡的對象就可以直接進(jìn)入老年代，而無須等到MaxTenuringThreshold中要求的年齡

空間分配擔(dān)保

在發(fā)生Minor GC之前，虛擬機(jī)會先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代的所有對象空間，如果這個條件成立，那么Minor GC可以確保是安全的，如果不成立，則虛擬機(jī)會查看HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔(dān)保失敗。如果允許，那么會繼續(xù)查找老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代對象的平均大小，如果大于，將嘗試著進(jìn)行一次Minor GC，盡管這次Minor GC是有風(fēng)險的：如果小于，或者HandlePromotionFailure設(shè)置不允許冒險，那這時也要改為進(jìn)行一次Full GC