2018-03-09 GC垃圾回收机制学习日记一

看到Java中的GC垃圾回收机制，必定离不开Java JVM中的内存模型及Java对象的生命周期，学习GC机制前我先简单了解了一下Java的内存模型。

一、Java内存模型

将Java内存简化后，大致分为三个分区：虚拟机栈（线程栈）、Java堆、方法区。

     一、虚拟机栈（VM stack），线程私有，在线程在同一时间创建，管理Java方法执行的内存模型，每个方法执行时都会在对应的线程中的线程栈中创建一个栈帧，这个栈帧主要保存了：局部变量表、操作数栈、动态链接方法，返回地址信息等，当一个方法执行结束后，对应的栈帧中基本类型数据或者对象的引用会被立即释放。栈的大小也代表一个请求对应的最大深度，一个方法中如果存在过多的局部变量，会影响到栈帧的大小，而栈的最大深度也就是线程栈的大小/栈帧的大小，如果请求的深度超过了栈的深度，就会抛出Stack OverflowError异常，这种问题常出现在递归方法，或者大量方法嵌套的环境中。一般栈的大小在线程创建时已经固定，也存在动态扩展的线程栈，但这种方式需注意，当栈进行扩展但是空余的内存不足，无法支持扩展就会抛出OutOfMemoryError异常

（具体的栈帧的描述可以参考：https://www.cnblogs.com/Codenewbie/p/6184898.html）

    二、Java堆（Java heap），线程共享，用于存储Java对象实例和数据，GC垃圾回收的主要区域，堆主要分为新生区以及养老区。

        新生区：具体划分为：Eden，Survivor（此处包括两个区域：to survivor，from survivor），用于保存新建的对象（过大的数组创建后会被保存至养老区）及年轻的对象，新建及年轻的对象生灭比较频繁，此处GC采用的回收算法为复制（coping）算法，此处的GC被称为YGC（young GC），也被称为Minor GC，执行速度快。在经过足够多的YGC回收之后，生存时间足够长的对象会被保存至养老区。

        新生区中的Eden space和两个Survivor space（下面简称S0，S1，这两块中会保证一块内存区域为空，另一块保存对象），对象创建时会被存放在Eden中，当YGC触发时，GC会清除不被引用/不可达的对象，然后将Eden和保存对象的survivor区S0中的存活对象，复制保存至S1区域中，清空S0、Eden，然后等下一次YGC触发时，会将Eden、S1的存活对象复制到S0中，经过足够多的YGC后，仍然存活的对象说明对象比较稳定，将对象存至养老区中。

        养老区：用于保存生存时间足够的对象及过大的数据，此处数据的稳定性较强（经过新生区的多次GC，存活的对象说明一直被引用），当养老区内存被完全占用后，会有一次全量的GC，此处的GC采用的回收算法为标记-清除（Mark-Sweep）算法。此处的GC被称为Major GC。

        上面说到了GC回收的两种算法1、复制算法，2、标记-清除-压缩算法，下面会叙述一下两种算法的实现思想及新生区和养老区为何选择两种算法的理由。

        1、标记-清除算法：从根节点gc root根据引用关系来遍历整个堆，并作标记，所有不可达/未被引用的对象上不存在标记，之后回收掉未标记的对象，此处存在两种实现：1：标记-清除，即标记—扫描—清除，这种GC实现会导致内存的不连续，较多的空间碎片会导致内存使用率过低；2、标记-压缩，即标记—扫描—压缩—清除，标记的过程未变，标记完成后，扫描所有的对象，将所有被标记的有效对象压缩至划定的内存的顶部，然后根据有效对象和无效对象的边界，清除所有不可达的对象，不过整理压缩的速度比较慢。

        2、复制算法：首先仍然是标记有效对象的过程，然后将Eden和S0（即当前两块survivor中保存对象的内存区域）中的有效对象，通过复制的方式，移动到S1（即当前为空的survivor区域），然后每次GC都会重复以上的操作，这样处理不会存在内存碎片，但对内存区域结构有对应的要求。

        因为新生区中的对象生灭比较频繁，一次回收可能需要回收掉大部分的对象，当使用标记-清除算法时，会存在内存碎片过多或者是压缩时间过长的问题，而通过复制算法，通过两块survivor区的复制操作，来消除内存中的大量碎片，来降低新生区的GC回收时间。而养老区中大部分对象是经过多次Minor GC回收后存活的对象，此类对象的生灭并不频繁，产生的碎片也较少，整理的代价也比较小。

        关于Major GC、Full GC这两种GC，查阅了一些资料，资料中对于这两种GC的归类存在差异，某些资料中major GC和Full GC被记录在同一个概念中，而一些资料将两者拆分开，这里就不记录了。

     三、方法区，线程共享，线程安全，用于储存class的二进制文件，包括虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译的代码等，又名为Non-Heap（非堆）。

        常量池：方法区中的一块内存，常量的储存位置，在编译期间将一部分的数据保存在该区域，包含基本类型如int、long等以final生命的常量值，和String字符串。

        静态区：方法区内的一块内存，用于存放类中的以static声明的静态成员变量

        Q：在方法中创建变量String demoStr = new String("Test!");说一下这行代码中的信息保存在JVM的那些区域？

        A：首先String demoStr这个局部变量名（保存了内存地址）会被保存到虚拟机栈中的方法栈帧中的局部变量表，而通过new String()，创建的String对象会在堆中被创建，栈帧中保存的地址指向对堆内对应对象，而具体代码的信息则在方法区。若是新建局部变量为基本类型如int，此局部变量的值也会被保存在栈帧中。当方法结束时，栈帧会立刻释放栈帧中对堆中对象的引用。

注：每次GC操作都是STW（Stop-The-World）操作，即除了GC回收的线程，其他所有线程都处在等待阶段，如果最大STW过大会造成程序停顿