二、垃圾回收GC

在堆里面存放著java的所有對象實例，當(dāng)對象為“死去”，也就是不再使用的對象，就會進(jìn)行垃圾回收GC

1.如何判斷對象可以回收

1.1引用計數(shù)器

介紹

在對象中添加一個引用計數(shù)器，當(dāng)一個對象被其他變量引用時這個對象的引用計數(shù)器加1。當(dāng)某個變量不再引用這個對象時引用計數(shù)器減1。當(dāng)這個引用計數(shù)變?yōu)?時，這個對象就會被垃圾回收。

優(yōu)點

判定效率很高

缺點

不完全準(zhǔn)確，當(dāng)兩個對象相互引用就判斷失效了。當(dāng)A引用B對象，B引用A對象，然后A和B不再被其他變量引用，垃圾不會回收，出現(xiàn)了垃圾回收失效。

1.2可達(dá)性分析算法（Java）

介紹

①要確定一個根對象GC Roots（肯定不會被垃圾回收的對象）作為起始節(jié)點，當(dāng)垃圾回收前會對堆對象進(jìn)行掃描，判斷這些對象是否被根對象引用，如果沒有被引用那么這個對象就可以垃圾回收。

②java虛擬機是通過可達(dá)性分析判斷存活對象

哪些對象可以作為GC Root?

①虛擬機棧中引用的對象

各個線程調(diào)用的方法（參數(shù)，局部變量）

②本地方法棧中native方法引用的對象

③方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象

Java類的引用類型靜態(tài)變量

④方法區(qū)中常量引用的對象

字符串常量池StringTable里的引用

⑤所有被同步鎖synchronized持有的對象

⑥java虛擬機內(nèi)部的引用，核心類

1.3四種引用

1.強引用-不回收

介紹

程序代碼中普遍存在的引用賦值“Object obj = new Object()”這種引用關(guān)系。

特點

不回收，只要沿著GC Root引用鏈能夠找到這個對象，這個對象就不會被垃圾回收。

2.軟引用-內(nèi)存不足回收

介紹

軟引用（間接引用）是一些還有用但非必需的對象，當(dāng)被軟引用關(guān)聯(lián)的對象，系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)存溢出錢，會把這些對象列進(jìn)回收范圍進(jìn)行二次回收。如果這次回收沒有足夠的內(nèi)存，會拋出內(nèi)存溢出異常

特點

當(dāng)垃圾回收后，此時內(nèi)存仍不夠，軟引用關(guān)聯(lián)的對象會進(jìn)行垃圾回收（內(nèi)存不夠才回收）

3.弱引用-發(fā)現(xiàn)就回收

介紹

弱引用是一些還有用但非必需的對象，生存到下一次垃圾回收為止。在系統(tǒng)進(jìn)行垃圾回收時，發(fā)現(xiàn)弱引用，不管系統(tǒng)堆空間是否充足，都會回收軟引用關(guān)聯(lián)的對象。

特點

當(dāng)發(fā)生垃圾回收時，弱引用關(guān)聯(lián)的對象都會被回收。（內(nèi)存不管夠不夠都回收）

4.虛引用-對象回收跟蹤

介紹

當(dāng)虛引用對象創(chuàng)建時會關(guān)聯(lián)一個引用隊列。虛引用在創(chuàng)建時必須提供引用隊列作為參數(shù)。當(dāng)垃圾回收準(zhǔn)備回收一個對象時，如果發(fā)現(xiàn)他是虛引用，在垃圾回收后把這個虛引用加入引用隊列，通知應(yīng)用程序?qū)ο蟮幕厥涨闆r。

5.終結(jié)器引用-引用隊列配合

介紹

用于實現(xiàn)對象的finalize()方法。當(dāng)終結(jié)器對象創(chuàng)建時會關(guān)聯(lián)一個引用隊列。當(dāng)準(zhǔn)備回收一個對象時，發(fā)現(xiàn)是終結(jié)器引用，會把終結(jié)器引用對象放入引用隊列（此時對象沒回收）。由Finalizer線程調(diào)用該對象的finalize()方法，第二次垃圾回收就會回收此對象。

2.垃圾回收算法

2.1標(biāo)記清除

什么時候垃圾回收

掃描整個堆對象的過程中，如果發(fā)現(xiàn)對象被GC Root引用了，需要保留。如果這個對象沒有被GC Root引用，就要進(jìn)行垃圾回收。

標(biāo)記清除算法的兩個階段

①把沒有引用的對象標(biāo)記為垃圾。

②把垃圾對象占用的空間釋放，清除

③釋放不是空間清0，而是把起始地址記錄下來，然后將來把創(chuàng)建的新對象存儲這個位置

優(yōu)點

垃圾回收速度快

缺點

產(chǎn)生內(nèi)存碎片

2.2標(biāo)記整理

標(biāo)記整理兩個階段

①把沒有引用的對象標(biāo)記為垃圾

②把可用的對象向前移動，讓內(nèi)存更加緊湊。連續(xù)的空間變多。

優(yōu)點

沒有內(nèi)存碎片

缺點

對象整理過程中需要移動，垃圾回收效率低。

2.3復(fù)制

復(fù)制兩個階段

①把沒有引用的對象標(biāo)記為垃圾

②把活著的內(nèi)存分為兩塊from區(qū)和to區(qū)。把from區(qū)存活的對象復(fù)制到to區(qū)。然后清空from區(qū)，然后交換from和to的位置

優(yōu)點

沒有內(nèi)存碎片

缺點

占用雙倍內(nèi)存空間

3.分代垃圾回收

介紹

垃圾回收時，JVM結(jié)合3種算法協(xié)程工作。通過分代的垃圾回收機制，把堆內(nèi)存劃分為2塊新生代和老年代，新生代（對象用完丟棄）劃分為3個區(qū)域：伊甸園，幸存區(qū)From，幸存區(qū)To。

老年代（對象長時間使用） 不同的區(qū)域，算法不同。

?

工作機制

①創(chuàng)建新的對象占用伊甸園的內(nèi)存空間，當(dāng)伊甸園內(nèi)存滿時，觸發(fā)垃圾回收Minor GC。沿著GC Roots引用鏈去找，如果對象沒有被引用，就進(jìn)行垃圾標(biāo)記。然后采用復(fù)制的算法把伊甸園存活的對象復(fù)制到幸存區(qū)To中，并且對象壽命加1。然后交換from和to的位置。

?②當(dāng)伊甸園內(nèi)存空間再次溢出時，觸發(fā)第二次垃圾回收Minor GC。沿著GC Roots根引用鏈進(jìn)行掃描伊甸園和幸存區(qū)。把存活的對象復(fù)制到幸存區(qū)To中，并且對象壽命加1。然后交換from和to的位置。

?③幸存區(qū)的對象壽命超過了閾值15，對象利用率高。晉升到老年代。（對象長時間使用）

?④當(dāng)新生代和老年代內(nèi)存要溢出時，觸發(fā)Full GC垃圾回收。

總結(jié)

①對象首先分配在伊甸園區(qū)域

②新生代空間不足時，觸發(fā)Minor gc。伊甸園和from存活的對象，使用復(fù)制算法copy到to中。存活的對象年齡加1.交換from和to。

③minor gc會引發(fā)stop the world暫停其他用戶的線程。垃圾回收結(jié)束，用戶恢復(fù)運行。

④當(dāng)對象壽命超過閾值時，會晉升到老年代，最大壽命是15

⑤老年代空間不足，觸發(fā)Minor gc內(nèi)存仍不足，那么full gc.

相關(guān)JVM參數(shù)

4.垃圾回收器

4.1串行垃圾回收器

介紹

①單線程垃圾回收器

②堆內(nèi)存較小，適合個人電腦

③開啟串行垃圾回收器 -XX:+UseSerialGC = Serial + SerialOld

Serial工作新生代，復(fù)制算法

SerialOld 工作在老年代，標(biāo)記整理算法

工作流程

當(dāng)堆內(nèi)存要溢出時，觸發(fā)垃圾回收。讓其他線程在安全點停止下來，等待垃圾回收線程的結(jié)束。

?

4.2吞吐量優(yōu)先：并行

介紹

①多線程

②堆內(nèi)存較大，多核cpu支持

③讓單位時間內(nèi)，STW時間最短

工作流程

多核CPU中，有4個線程運行。當(dāng)堆內(nèi)存要溢出時，觸發(fā)了垃圾回收。用戶線程在安全點停止。此時的垃圾回收器會開啟多個線程（跟CPU核數(shù)相關(guān)）進(jìn)行垃圾回收。然后恢復(fù)其他線程的運行。

相關(guān)參數(shù)

-XX:+UseParallelGC ~ -XX：+UseParallelOldGC ?開啟吞吐量優(yōu)先垃圾回收器

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy ?自適應(yīng)大小策略，新生代

-XX:GCTimeRatio=ratio ?調(diào)整吞吐量

-XX:MaxGCPauseMillis=ms 最大暫停毫秒數(shù)

-XX:ParallelGCThreads=n 運行時線程數(shù)

4.3響應(yīng)時間優(yōu)先

介紹

①多線程

②堆內(nèi)存交大，多核cpu支持

③盡可能讓單次STW時間變短

相關(guān)參數(shù)

-XX:+UseConcMarkSweepGC~-XX:+UseParNewGC~SerialOld 開啟響應(yīng)時間優(yōu)先回收器

-XX:ParallelGCThreads=n~-XX:ConcGCThreads=threads 線程數(shù)

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent 何時進(jìn)行垃圾回收

-XX:+CMSScavengeBeforeRemark 新生代垃圾回收

工作流程

當(dāng)老年代發(fā)生內(nèi)存泄漏，其他線程到達(dá)安全點暫停下來，垃圾回收器執(zhí)行初始標(biāo)記，用戶線程恢復(fù)運行。垃圾回收線程進(jìn)行并發(fā)標(biāo)記，然后進(jìn)行重新標(biāo)記工作。垃圾回收線程進(jìn)行并發(fā)清理。

5.G1垃圾回收器

簡介

Garbage First

JDK 9默認(rèn)

適用場景

①同時注重吞吐量和低延遲，默認(rèn)暫停目標(biāo)是200ms

②超大堆內(nèi)存，會將堆劃分多個大小相等的Region

③整體上是標(biāo)記+整理算法，兩個區(qū)域之間是復(fù)制算法。

相關(guān)JVM參數(shù)

-XX:+UseG1GC 開啟G1垃圾回收

-XX:G1HeapRegisonSize=size 設(shè)置劃分區(qū)域的大小

-XX:MaxGCPauseMills=time JVM最大暫停時間的目標(biāo)值

5.1 G1垃圾回收階段

1.Young Collection 新生代垃圾收集

①、G1會把堆內(nèi)存劃分成多個相等的區(qū)域。每個區(qū)域獨立作為伊甸園，幸存區(qū)，老年代

②、新創(chuàng)建的對象會存儲在伊甸園，當(dāng)伊甸園內(nèi)存滿時會觸發(fā)新生代垃圾回收機制，會STW。

③、伊甸園存活的對象使用copy算法到幸存區(qū)。

④、當(dāng)幸存區(qū)的內(nèi)存溢出時，觸發(fā)新生代垃圾回收。幸存區(qū)對象存活年齡超過一定時間會晉升到老年代

2. Young Collection+Concurrent Mark新生代垃圾收集+并發(fā)標(biāo)記

①在Young GC時進(jìn)行GC Root的初始標(biāo)記

②老年代占用堆空間比例達(dá)到閾值時，進(jìn)行并發(fā)標(biāo)記（不會STW）

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=percent(默認(rèn)45%)

3.Mixed Collection混合收集

介紹

會對E、S、O進(jìn)行全面垃圾回收

①最終標(biāo)記會STW

②拷貝存活會STW

-XX：MaxGCPauseMillis=ms

E：伊甸園區(qū)的存活對象通過復(fù)制算法到幸存區(qū)中

S：幸存區(qū)存活的對象復(fù)制到另一個幸存區(qū)，符合晉升條件的到老年區(qū)

O：老年代區(qū)把存活對象復(fù)制到另一個老年代區(qū)

優(yōu)先收集垃圾最多的區(qū)，目的是達(dá)到暫停時間段的目標(biāo)

5.2 Full GC?????

1.SerialGC

①新生代內(nèi)存不足發(fā)生的垃圾收集—minor gc

②老年代內(nèi)存不足發(fā)生的垃圾收集—full gc

2.ParallelGC

①新生代內(nèi)存不足發(fā)生的垃圾收集—minor gc

②老年代內(nèi)存不足發(fā)生的垃圾收集—full gc

3.CMS

①新生代內(nèi)存不足發(fā)生的垃圾收集—minor gc

②老年代內(nèi)存不足，并發(fā)失敗后才會full gc。

4.G1

①新生代內(nèi)存不足發(fā)生的垃圾收集—minor gc

②老年代內(nèi)存不足，老年代內(nèi)存跟堆內(nèi)存占比達(dá)到45%，觸發(fā)并發(fā)標(biāo)記和混合收集階段?；厥账俣?gt;垃圾產(chǎn)生速度，并發(fā)垃圾收集階段?；厥账俣?lt;垃圾產(chǎn)生速度，此時是full gc

5.3Young Collection跨代引用

1.新生代回收的跨代引用(老年代引用新生代)

①根對象有部分是來自老年代，老年代存活對象比較多，遍歷效率低。所以采用CardTable把老年代區(qū)域進(jìn)行細(xì)分成一個個的card。每個card是512k。如果老年代的對象引用了新生代的對象，就會把這個card標(biāo)記為臟卡。只關(guān)注臟卡，減少搜索范圍。

?②臟卡引用了新生代的對象。新生代通過Remembered Set知道對應(yīng)的臟卡。通過臟卡區(qū)域遍歷GC Roots

5.4 Remark-重新標(biāo)記

并發(fā)標(biāo)記階段的對象處理狀態(tài)

?

黑色已經(jīng)處理完成，存活的對象?；疑翘幚懋?dāng)中的。白色是尚未處理的垃圾。

在并發(fā)標(biāo)記階段可能出現(xiàn)B對C引用，接著斷開后C成為垃圾，然后A對C引用。此時C被判成垃圾了。

這個時候需要用到remark

Remark:對對象進(jìn)行進(jìn)一步檢查，當(dāng)對象引用發(fā)生改變時，會給引用提供一個寫屏障（將C加入隊列），接著進(jìn)入重新標(biāo)記階段，對隊列對象進(jìn)行檢查，有強引用的不標(biāo)記為垃圾。

5.5 JDK8 u20字符串去重

指令

-XX:+UseStringDeduplication

規(guī)則

①將所有新分配的字符串放入一個隊列

②當(dāng)新生代回收時，G1并發(fā)檢查是否有字符串重復(fù)

③如果值一樣，讓他們引用同一個char[]

優(yōu)缺點

優(yōu)點：節(jié)約大量內(nèi)存

缺點：多占用CPU時間，新時代回收時間略微增加

跟String.intern()不一樣

①String.intern()關(guān)注的是字符串對象

②字符串去重關(guān)注的是char[]

③JVM內(nèi)部使用不同的字符串表

5.6 JDK8 u40并發(fā)標(biāo)記類卸載

所有對象都經(jīng)過并發(fā)標(biāo)記后，知道哪些類不再使用。當(dāng)一個類加載器所有類不再使用，則卸載它所加載的所有類

-xx:+ClassUnloadingWithConcurrentMark默認(rèn)啟用

5.7 JDK8 u60 回收巨型對象

①一個對象大于region的一半時，成為巨型對象。

②G1不會對巨型對象進(jìn)行拷貝

③回收時優(yōu)先考慮

④G1會跟蹤老年代所有incoming引用。這樣老年代incoming引用為0的巨型對象在新生代垃圾回收處理掉。

5.8 JDK9 并發(fā)標(biāo)記起始時間的調(diào)整

①并發(fā)標(biāo)記必須在堆空間占滿前完成，否則退化為FullGC

②JDK 9之前需要使用 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent

③JDK 9可以調(diào)整：

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 用來設(shè)置初始值

進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣并動態(tài)調(diào)整

總會添加一個安全的空擋空間