垃圾收集
垃圾收集主要是針對堆和方法區(qū)進行。程序計數(shù)器、虛擬機棧和本地方法棧這三個區(qū)域?qū)儆诰€程私有的，只存在于線程的生命周期內(nèi)，線程結(jié)束之后就會消失，因此不需要對這三個區(qū)域進行垃圾回收。
判斷一個對象是否可被回收
1. 引用計數(shù)算法
為對象添加一個引用計數(shù)器，當(dāng)對象增加一個引用時計數(shù)器加 1，引用失效時計數(shù)器減 1。引用計數(shù)為 0 的對象可被回收。
在兩個對象出現(xiàn)循環(huán)引用的情況下，此時引用計數(shù)器永遠不為 0，導(dǎo)致無法對它們進行回收。正是因為循環(huán)引用的存在，因此 Java 虛擬機不使用引用計數(shù)算法。
2. 可達性分析算法
以 GC Roots 為起始點進行搜索，可達的對象都是存活的，不可達的對象可被回收。
Java 虛擬機使用該算法來判斷對象是否可被回收，GC Roots 一般包含以下內(nèi)容：
- 虛擬機棧中局部變量表中引用的對象
- 本地方法棧中 JNI 中引用的對象
- 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象
- 方法區(qū)中的常量引用的對象
3. 方法區(qū)的回收
因為方法區(qū)主要存放永久代對象，而永久代對象的回收率比新生代低很多，所以在方法區(qū)上進行回收性價比不高。
主要是對常量池的回收和對類的卸載。
為了避免內(nèi)存溢出，在大量使用反射和動態(tài)代理的場景都需要虛擬機具備類卸載功能。
4. finalize()
類似 C++ 的析構(gòu)函數(shù)，用于關(guān)閉外部資源。但是 try-finally 等方式可以做得更好，并且該方法運行代價很高，不確定性大，無法保證各個對象的調(diào)用順序，因此最好不要使用。
當(dāng)一個對象可被回收時，如果需要執(zhí)行該對象的 finalize() 方法，那么就有可能在該方法中讓對象重新被引用，從而實現(xiàn)自救。自救只能進行一次，如果回收的對象之前調(diào)用了 finalize() 方法自救，后面回收時不會再調(diào)用該方法。也就是說每一個對象的finalize()（從Object繼承的方法）都只會被系統(tǒng)自動調(diào)用一次,如果對象面臨下一次回收，它的 finalize() 不會被再次執(zhí)行
package com.reference.test;
public class FinalizeEscapeGC {
public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("finalize method executed");
FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
}
public static void helpGC() throws Throwable {
// 在這里這個FinalizeEscapeGC對象有一個強引用SAVE_HOOK指向它, 如果不設(shè)置為null,垃圾回收器將不會回收該對象. 主動設(shè)置為null, 可以幫助垃圾收集器回收被引用的對象
SAVE_HOOK = null;
System.gc();
Thread.sleep(500);
if (SAVE_HOOK != null) {
System.out.println("yes, i am still alive.");
} else {
System.out.println("no, i am dead.");
}
}
public static void main(String[] args) throws Throwable {
SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();
helpGC(); // 第一次執(zhí)行了finalize自救
helpGC(); // finalize執(zhí)行過了一次便不再執(zhí)行了
}
}
finalize method executed
yes, i am still alive.
no, i am dead.
引用類型
無論是通過引用計數(shù)算法判斷對象的引用數(shù)量，還是通過可達性分析算法判斷對象是否可達，判定對象是否可被回收都與引用有關(guān)。
Java 提供了四種強度不同的引用類型。
1. 強引用
被強引用關(guān)聯(lián)的對象不會被回收。
使用 new 一個新對象的方式來創(chuàng)建強引用。
Object obj = new Object();
2. 軟引用
被軟引用關(guān)聯(lián)的對象只有在內(nèi)存不夠的情況下才會被回收。
使用 SoftReference 類來創(chuàng)建軟引用。
Object obj = new Object();
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);
obj = null; // 使對象只被軟引用關(guān)聯(lián)
用途：可用來實現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存
3. 弱引用
被弱引用關(guān)聯(lián)的對象一定會被回收，也就是說它只能存活到下一次垃圾回收發(fā)生之前。
使用 WeakReference 類來創(chuàng)建弱引用。
Copy to Object obj = new Object();
WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);
obj = null;
用途：ThreadLocalMap 中 Entry 繼承自 WeakReference<ThreadLocal<?>>
4. 虛引用
又稱為幽靈引用或者幻影引用，一個對象是否有虛引用的存在，不會對其生存時間造成影響，也無法通過虛引用得到一個對象。
為一個對象設(shè)置虛引用的唯一目的是能在這個對象被回收時收到一個系統(tǒng)通知。
使用 PhantomReference 來創(chuàng)建虛引用。
Object obj = new Object();
PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj, null);
obj = null;
垃圾收集算法
1. 標(biāo)記 - 清除
在標(biāo)記階段，程序會檢查每個對象是否為活動對象，如果是活動對象，則程序會在對象頭部打上標(biāo)記。
在清除階段，會進行對象回收并取消標(biāo)志位，另外，還會判斷回收后的分塊與前一個空閑分塊是否連續(xù)，若連續(xù)，會合并這兩個分塊?；厥諏ο缶褪前褜ο笞鳛榉謮K，連接到被稱為 “空閑鏈表” 的單向鏈表，之后進行分配時只需要遍歷這個空閑鏈表，就可以找到分塊。
在分配時，程序會搜索空閑鏈表尋找空間大于等于新對象大小 size 的塊 block。如果它找到的塊等于 size，會直接返回這個分塊；如果找到的塊大于 size，會將塊分割成大小為 size 與 (block - size) 的兩部分，返回大小為 size 的分塊，并把大小為 (block - size) 的塊返回給空閑鏈表。
不足：
- 標(biāo)記和清除過程效率都不高；
- 會產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，導(dǎo)致無法給大對象分配內(nèi)存。
2. 標(biāo)記 - 整理
讓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。
優(yōu)點:
- 不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片
不足:
- 需要移動大量對象，處理效率比較低。
3. 復(fù)制
將內(nèi)存劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中一塊，當(dāng)這一塊內(nèi)存用完了就將還存活的對象復(fù)制到另一塊上面，然后再把使用過的內(nèi)存空間進行一次清理。
主要不足是只使用了內(nèi)存的一半。
現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機都采用這種收集算法回收新生代，但是并不是劃分為大小相等的兩塊，而是一塊較大的 Eden 空間和兩塊較小的 Survivor 空間，每次使用 Eden 和其中一塊 Survivor。在回收時，將 Eden 和 Survivor 中還存活著的對象全部復(fù)制到另一塊 Survivor 上，最后清理 Eden 和使用過的那一塊 Survivor。
HotSpot 虛擬機的 Eden 和 Survivor 大小比例默認為 8:1，保證了內(nèi)存的利用率達到 90%。如果每次回收有多于 10% 的對象存活，那么一塊 Survivor 就不夠用了，此時需要依賴于老年代進行空間分配擔(dān)保，也就是借用老年代的空間存儲放不下的對象。
4. 分代收集
現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機采用分代收集算法，它根據(jù)對象存活周期將內(nèi)存劃分為幾塊，不同塊采用適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>
一般將堆分為新生代和老年代。
新生代和老生代大小之比默認為 3:8（該值可以通過參數(shù) –XX:NewRatio 來指定，-Xmn 是設(shè)置新生代的大小）
新生代 Eden 和 Survivor 大小比例默認為 8:1 ( 可以通過參數(shù) –XX:SurvivorRatio 來設(shè)定 )
- 新生代使用：復(fù)制算法
- 老年代使用：標(biāo)記 - 清除 或者 標(biāo)記 - 整理 算法
垃圾收集器
Serial 收集器
Serial 翻譯為串行，也就是說它以串行的方式執(zhí)行。
它是單線程的收集器，只會使用一個線程進行垃圾收集工作。
它的優(yōu)點是簡單高效，在單個 CPU 環(huán)境下，由于沒有線程交互的開銷，因此擁有最高的單線程收集效率。
它是 Client 場景下的默認新生代收集器，因為在該場景下內(nèi)存一般來說不會很大。它收集一兩百兆垃圾的停頓時間可以控制在一百多毫秒以內(nèi)，只要不是太頻繁，這點停頓時間是可以接受的。
ParNew 收集器
它是 Serial 收集器的多線程版本。
它是 Server 場景下默認的新生代收集器，除了性能原因外，主要是因為除了 Serial 收集器，只有它能與 CMS 收集器配合使用。
CMS 收集器
CMS（Concurrent Mark Sweep），Mark Sweep 指的是標(biāo)記 - 清除算法
G1 收集器
G1（Garbage-First），它是一款面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器，在多 CPU 和大內(nèi)存的場景下有很好的性能。HotSpot 開發(fā)團隊賦予它的使命是未來可以替換掉 CMS 收集器。
堆被分為新生代和老年代，其它收集器進行收集的范圍都是整個新生代或者老年代，而 G1 可以直接對新生代和老年代一起回收。
內(nèi)存分配與回收策略
Minor GC 和 Full GC
- Minor GC：回收新生代，因為新生代對象存活時間很短，因此 Minor GC 會頻繁執(zhí)行，執(zhí)行的速度一般也會比較快。
- Full GC：回收老年代和新生代，老年代對象其存活時間長，因此 Full GC 很少執(zhí)行，執(zhí)行速度會比 Minor GC 慢很多。
內(nèi)存分配策略
1. 對象優(yōu)先在 Eden 分配
大多數(shù)情況下，對象在新生代 Eden 上分配，當(dāng) Eden 空間不夠時，發(fā)起 Minor GC。
2. 大對象直接進入老年代
大對象是指需要連續(xù)內(nèi)存空間的對象，最典型的大對象是那種很長的字符串以及數(shù)組。
經(jīng)常出現(xiàn)大對象會提前觸發(fā)垃圾收集以獲取足夠的連續(xù)空間分配給大對象。
-XX:PretenureSizeThreshold，大于此值的對象直接在老年代分配，避免在 Eden 和 Survivor 之間的大量內(nèi)存復(fù)制。
3. 長期存活的對象進入老年代
為對象定義年齡計數(shù)器，對象在 Eden 出生并經(jīng)過 Minor GC 依然存活，將移動到 Survivor 中，年齡就增加 1 歲，增加到一定年齡則移動到老年代中。
-XX:MaxTenuringThreshold 用來定義年齡的閾值。
4. 動態(tài)對象年齡判定
虛擬機并不是永遠要求對象的年齡必須達到 MaxTenuringThreshold 才能晉升老年代，如果在 Survivor 中相同年齡所有對象大小的總和大于 Survivor 空間的一半，則年齡大于或等于該年齡的對象可以直接進入老年代，無需等到 MaxTenuringThreshold 中要求的年齡。
5. 空間分配擔(dān)保
在發(fā)生 Minor GC 之前，虛擬機先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對象總空間，如果條件成立的話，那么 Minor GC 可以確認是安全的。
如果不成立的話虛擬機會查看 HandlePromotionFailure 的值是否允許擔(dān)保失敗，如果允許那么就會繼續(xù)檢查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，將嘗試著進行一次 Minor GC；如果小于，或者 HandlePromotionFailure 的值不允許冒險，那么就要進行一次 Full GC。
Full GC 的觸發(fā)條件
對于 Minor GC，其觸發(fā)條件非常簡單，當(dāng) Eden 空間滿時，就將觸發(fā)一次 Minor GC。而 Full GC 則相對復(fù)雜，有以下條件：
1. 調(diào)用 System.gc()
只是建議虛擬機執(zhí)行 Full GC，但是虛擬機不一定真正去執(zhí)行。不建議使用這種方式，而是讓虛擬機管理內(nèi)存。
2. 老年代空間不足
老年代空間不足的常見場景為前文所講的大對象直接進入老年代、長期存活的對象進入老年代等。
為了避免以上原因引起的 Full GC，應(yīng)當(dāng)盡量不要創(chuàng)建過大的對象以及數(shù)組。除此之外，可以通過 -Xmn 虛擬機參數(shù)調(diào)大新生代的大小，讓對象盡量在新生代被回收掉，不進入老年代。還可以通過 -XX:MaxTenuringThreshold 調(diào)大對象進入老年代的年齡，讓對象在新生代多存活一段時間。
3. 空間分配擔(dān)保失敗
使用復(fù)制算法的 Minor GC 需要老年代的內(nèi)存空間作擔(dān)保，如果擔(dān)保失敗會執(zhí)行一次 Full GC。具體內(nèi)容請參考上面的第 5 點。
4. JDK 1.7 及以前的永久代空間不足
在 JDK 1.7 及以前，HotSpot 虛擬機中的方法區(qū)是用永久代實現(xiàn)的，永久代中存放的為一些 Class 的信息、常量、靜態(tài)變量等數(shù)據(jù)。
當(dāng)系統(tǒng)中要加載的類、反射的類和調(diào)用的方法較多時，永久代可能會被占滿，在未配置為采用 CMS GC 的情況下也會執(zhí)行 Full GC。如果經(jīng)過 Full GC 仍然回收不了，那么虛擬機會拋出 java.lang.OutOfMemoryError。
為避免以上原因引起的 Full GC，可采用的方法為增大永久代空間或轉(zhuǎn)為使用 CMS GC。
