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資訊專欄INFORMATION COLUMN

談一談JVM垃圾回收

stormzhang / 3662人閱讀

摘要：這個(gè)算法看似不錯而且簡單，不過存在這一個(gè)致命傷當(dāng)兩個(gè)對象互相引用的時(shí)候，就永遠(yuǎn)不會被回收于是引用計(jì)數(shù)算法就永遠(yuǎn)回收不了這兩個(gè)對象，下面介紹另一種算法。

前言

? 如果要問Java與其他編程語言最大的不同是什么，我第一個(gè)想到的一定就是Java所運(yùn)行的JVM所自帶的自動垃圾回收機(jī)制，以下是我學(xué)習(xí)JVM垃圾回收機(jī)制整理的筆記，希望能對讀者有一些幫助。

哪些內(nèi)存需要回收？what？

? 如何判斷對象已死？有兩種算法

引用計(jì)數(shù)算法

? 給對象添加一個(gè)計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器的值就加一，當(dāng)引用失效的時(shí)候，計(jì)數(shù)器就減一 ，任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器為0的對象就是不可能再被使用的時(shí)候。

? 這個(gè)算法看似不錯而且簡單，不過存在這一個(gè)致命傷（當(dāng)兩個(gè)對象互相引用的時(shí)候，就永遠(yuǎn)不會被回收）

public class Obj{
  public Object instance=null;
}

Obj a=new Obj();
Obj b=new Obj();

a.instance=b;
b.instance=a;

a=null;
b=null;

于是引用計(jì)數(shù)算法就永遠(yuǎn)回收不了這兩個(gè)對象，下面介紹另一種算法。

可達(dá)性分析算法

? 通過一系列被稱為“GC Roots”的對象作為起始點(diǎn)，從這些接點(diǎn)向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個(gè)對象與任何一個(gè)引用鏈沒有關(guān)聯(lián)的時(shí)候則可以被回收。

Java中，可作為GC Roots的對象包括下面集中

虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）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)中常量引用的對象

本地方法棧中JNI（Native方法）引用的對象

淺談引用

? 無論是計(jì)數(shù)器算法還是可達(dá)性分析算法，都與“引用”有關(guān)，下面是Java中4種引用，強(qiáng)度依次減弱

強(qiáng)引用

? 強(qiáng)引用就是我們平時(shí)最熟悉的

Object obj=new Object();

? 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

? 發(fā)生gc的時(shí)候，如果JVM內(nèi)存充足則不回收，用SoftReference類來實(shí)現(xiàn)軟引用。展示一個(gè)例子

        SoftReference softReference=new SoftReference<>(new Object());
        System.out.println("before gc  "+softReference.get());
        System.gc();
        System.out.println("after gc   "+softReference.get());

?    以下是輸出


before gc  java.lang.Object@2752f6e2
after gc   java.lang.Object@2752f6e2


可以看到軟引用的對象依然還在。


弱引用


?    一旦發(fā)生gc，無論JVM內(nèi)存充足與否，都會回收掉，用WeakReference類來實(shí)現(xiàn)弱引用。展示一個(gè)例子


        WeakReference softReference=new WeakReference<>(new Object());
        System.out.println("before gc  "+softReference.get());
        System.gc();
        System.out.println("after gc   "+softReference.get());

?    以下是輸出


before gc  java.lang.Object@2752f6e2
after gc   null


弱引用的對象已經(jīng)被回收！


虛引用


?    虛引用也稱為幽靈引用或者幻影引用，是最弱的一種引用，無法通過虛引用來取得一個(gè)對象實(shí)例，擁有虛引用的對象可以在任何時(shí)候被垃圾回收器回收。唯一的目的就是能在當(dāng)這個(gè)對象被回收的時(shí)候收到一個(gè)系統(tǒng)通知，可用PhantomReference類實(shí)現(xiàn)虛引用。

回收方法區(qū)

?    垃圾回收大多發(fā)生在Heap（堆區(qū)），因?yàn)樵诜椒▍^(qū)進(jìn)行垃圾回收效率較低，要判定一個(gè)類是否是“無用的類”條件比較苛刻，類需要同時(shí)滿足下面3個(gè)條件才能算是無用的類



該類所有實(shí)例已經(jīng)被回收，堆中不存在該類任何實(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。


什么時(shí)候回收？when？

?    首先，GC又分為minor GC 和 Full Gc(也稱為Major GC)。Java 堆內(nèi)存分為新生代和老年代，新生代中又分為1個(gè)Eden區(qū)域 和兩個(gè) Survivor區(qū)域。


那么對于 Minor GC 的觸發(fā)條件：大多數(shù)情況下，直接在 Eden 區(qū)中進(jìn)行分配。如果 Eden區(qū)域沒有足夠的空間，那么就會發(fā)起一次 Minor GC；對于 Full GC（Major GC）的觸發(fā)條件：也是如果老年代沒有足夠空間的話，那么就會進(jìn)行一次 Full GC。


注意：上面所說的只是一般情況，實(shí)際上，需要考慮一個(gè)空間分配擔(dān)保的問題：


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所有對象的總空間。如果大于則進(jìn)行Minor GC，如果小于則看HandlePromotionFailure設(shè)置是否允許擔(dān)保失?。ú辉试S則直接Full GC）。如果允許，那么會繼續(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，如果大于則嘗試Minor GC（如果嘗試失敗也會觸發(fā)Full GC），如果小于則進(jìn)行Full GC。


System.gc()就是指的Full GC


但是，具體程序執(zhí)行到什么位置才會自動gc，這兒提兩個(gè)概念Safepoint和SafeRegion。

安全點(diǎn)（Safepoint）

?    安全點(diǎn)的選定是以程序“是否具有讓程序長時(shí)間執(zhí)行的特征”為標(biāo)準(zhǔn)選定的，“長時(shí)間執(zhí)行”最明顯的特征就是



指令序列復(fù)用


循環(huán)跳轉(zhuǎn)


異常跳轉(zhuǎn)等



對于Safepoint如何在GC發(fā)生時(shí)讓所有線程都跑到最近的安全點(diǎn)上停下來，有兩種方案搶先式中斷和主動式中斷。


搶先式中斷：不需要線程執(zhí)行的代碼主動配合，GC發(fā)生時(shí)，首先把所有線程全部中斷，如果發(fā)現(xiàn)有線程中斷的地方不在安全點(diǎn)上，就恢復(fù)線程，讓它“跑到”安全點(diǎn)上。（這種方案幾乎很少使用）


主動式中斷 ：當(dāng)GC需要中斷線程的時(shí)候，不直接對線程操作，僅僅簡單設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，各個(gè)線程執(zhí)行時(shí)主動去輪詢這個(gè)標(biāo)志，發(fā)現(xiàn)為true就自動掛起，輪詢的地方和安全點(diǎn)是重合的。

安全區(qū)域（Saferegion）

?    當(dāng)線程處于Sleep狀態(tài)或者Blocked狀態(tài)，這時(shí)候線程無法響應(yīng)JVM的中斷請求，“走”到安全的地方去中斷掛起，JVM也顯然不太可能等待線程重新被分配CPU時(shí)間，這時(shí)候就需要安全區(qū)域來解決。


?    當(dāng)線程執(zhí)行到Safe Region中的代碼時(shí)，首先標(biāo)識自己已經(jīng)進(jìn)入了Safe Region，當(dāng)JVM在發(fā)起GC時(shí)，就不用管標(biāo)識自己為Safe Region狀態(tài)的線程了。在線程要離開Safe Region時(shí)，他要檢查系統(tǒng)是否完成了整個(gè)GC過程，如果完成了，線程就繼續(xù)執(zhí)行，否則必須等待直到收到可以安全離開Safe Region的信號為止。


如何回收？how？
標(biāo)記-清除 算法

?    算法分為標(biāo)記和清除兩個(gè)階段，首先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象。他的不足主要有兩個(gè)：



效率問題：標(biāo)記和清除兩個(gè)過程的效率都不高


空間問題：標(biāo)記清除之后，會產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多可能會導(dǎo)致之后分配大對象時(shí)，無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而提前觸發(fā)GC


復(fù)制算法

?    復(fù)制算法可以將容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)一塊內(nèi)存被用完了就將還存活的對象一次復(fù)制到另一塊內(nèi)存上，然后把已經(jīng)使用過的內(nèi)存一次清理掉。不過因此內(nèi)存縮小為原來的一半，代價(jià)過高。


?    現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機(jī)普遍采用這種算法來回收新生代，將新生代分為較大的一塊Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，HotSpot默認(rèn)其比例為8：1：1，使用時(shí)，每次使用Eden加上其中一塊Survivor，回收時(shí)，將Eden和Survivor中還存活的對象一次性復(fù)制到另一塊Survivor中，最后清理掉Eden和剛才用過的Survivor區(qū)。

標(biāo)記-整理 算法

?    標(biāo)記過程與“標(biāo)記-清除”算法一樣，然后讓所有存活的對象都向同一端移動，然后直接清理端邊界以外的內(nèi)存。

分代收集算法

?    將Java堆分為新生代和老年代，在新生代中每次垃圾回收都有大批對象死去，少量存活，可以使用復(fù)制算法，而老年代中對象存活率高沒有額外的空間對它進(jìn)行分配擔(dān)保，必須使用“標(biāo)記-整理”或者“標(biāo)記-清理”算法來回收。

談?wù)凣1垃圾收集器

?    在最近更新的JDK9中，JVM默認(rèn)的垃圾收集器切換成了G1，那么G1有什么特點(diǎn)呢？總結(jié)以下最大的四個(gè)特點(diǎn)



并行與并發(fā)：G1能充分利用多CPU、多核環(huán)境下的硬件優(yōu)勢，使用多個(gè)CPU，（CPU或者CPU核心）來縮短Stop-The-World停頓的時(shí)間，部分其他收集器需要停頓Java線程執(zhí)行的GC動作，G1可以通過并發(fā)的方式讓Java繼續(xù)執(zhí)行。


分代收集：G1不需要其他收集器配合就能獨(dú)立管理整個(gè)GC堆，G1采用不同的方式去處理新創(chuàng)建的對象、已經(jīng)存活一段時(shí)間的對象、熬過多次GC的舊對象以獲取更好的收集效果。


空間整合：G1從整體來看是基于“標(biāo)記-整理”算法，局部上來看是基于復(fù)制算法，這兩種算法都不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，有利于程序長時(shí)間運(yùn)行。


可預(yù)測的停頓：G1除了追求低停頓外，還能建立可預(yù)測的停頓時(shí)間模型，能讓使用者明確指定在一個(gè)長度為M毫秒的時(shí)間片段內(nèi)，消耗在垃圾收集上的時(shí)間不超過N毫秒。


資料來源

《深入理解Java虛擬機(jī)》P61-P84
           
               
                                           
                       
                 
            
                     
             
               

                   
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這是我今年從三月份開始，主要的大廠面試經(jīng)過，有些企業(yè)面試的還沒來得及整理，可能有些沒有帶答案就發(fā)出來了，還請各位先思考如果是你怎么回答面試官？這篇文章會持續(xù)更新，請各位持續(xù)關(guān)注，希望對你有所幫助！
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    Java問題匯總，持續(xù)更新到GitHub
    
                                                     
    摘要：目錄介紹問題匯總具體問題好消息博客筆記大匯總年月到至今，包括基礎(chǔ)及深入知識點(diǎn)，技術(shù)博客，學(xué)習(xí)筆記等等，還包括平時(shí)開發(fā)中遇到的匯總，當(dāng)然也在工作之余收集了大量的面試題，長期更新維護(hù)并且修正，持續(xù)完善開源的文件是格式的同時(shí)也開源了生活博客，從年

目錄介紹

00.Java問題匯總
01.具體問題

好消息

博客筆記大匯總【16年3月到至今】，包括Java基礎(chǔ)及深入知識點(diǎn)，Android技...
    
                                                   
                          
    
                                
    
                                    beita
                                    
                                    評論0 
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