Java垃圾回收机制（GC)

二、 Java垃圾回收机制（GC)

1.垃圾回收的标记算法（即判定对象是否为垃圾的算法）：

对象被判定为垃圾的标准：没有被其他对象引用

1）引用计数算法：

即通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收；

每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1；任何引用计数为0的对象实例是可以被当做垃圾收集的。

优点：执行效率高，程序执行受影响小；

缺点：无法检测出循环引用的情况（如：父对象对子对象有一个引用，子对象也对父对象有一个引用），导致内存泄漏。

2）可达性分析算法：

即通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收；

它是从图论引入，从GC Root开始向下搜索引用，看是否有可达对象；搜索走过的路径就叫做引用链；当一个对象从GC Root开始没有任何引用相连，则这个对象是不可达的，即不可用的，它可以被标记为垃圾，被回收。

可以作为GC Root的对象：

虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）；

方法区中的常量引用的对象；

方法区中的类静态属性引用的对象；

本地方法栈中JNI(Native方法）的引用对象；

活跃线程的引用对象；

2. 谈谈你了解的垃圾回收算法：

1）标记清除算法（Mark and Sweep)

标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记（即利用前面的可达性分析算法进行标记）；
清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象内存；

如下图：（标记清除算法）

缺点：内存碎片化（如果较大的对象存入时，由于没有连续的剩余内存，需要启动GC)

2) 复制算法（Copying）

将可用的内存分别对象面和空闲面；对象在对象面上创建；
开启垃圾回收时，将对象面上存活的对象复制到空闲面；
再把对象面上已使用的空间一次清除

优点：
适用于对象存活率低的场景，如年轻代；
解决了碎片化问题；
顺序分配内存，简单高效。

缺点：应对对象存活率较高的场景就力不从心了，效率较低；更重的的它需要浪费50%的空间。

3）标记-整理算法（Compacting）

在标记清除算法的基础上进行了移动，因此成本更高，但是解决了碎片化问题；

标记：从根集合进行扫描，对存货的对象进行标记；
清除：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。

优点：
避免了内存的不连续性；
不用设置两块内存互换；
适用于存活率较高的场景（如老年代）

4）分代收集算法（Generational Collector)

是垃圾回收算法的组合拳；按照对象的生命周期的不同划分区域，以采用不同的垃圾回收算法；

目的：提高JVM的回收效率

JDK8之后，永久代被取消，堆被划分为年轻代和老年代，其中年轻代适合使用复制算法回收垃圾，而老年代适合使用标记-整理算法回收垃圾。

GC的分类：

（1）Minor GC： （当Eden区和survivor区空间不足，会触发Minor GC)

（2）Full GC： (当老年代空间不足，或者调用了System.gc()时，会触发Full GC)

• 年轻代： 尽可能快速地收集掉那些生命周期短的对象；

年轻代被划分为Eden区和两个Survivor区，一般的比例是8:1:1，采用复制算法回收垃圾，如下图（年轻代和老年代）：

当Eden区满了之后，会触发一次Minor GC: 将存活的对象复制到其中的一个survivor区（假设A区），且该存活对象的生命周期加1，然后回收Eden区；

当Eden区第二次满了之后，会再次触发Minor GC: 将Eden区和survivor区（即A区）的存活对象复制到另一个survivor区（假设为B区），并且将它们的生命周期均加1，然后回收Eden区和A区；

… …; 周而复始，当survivor区中对象的生命周期达到一定值（默认情况下为15,可以通过参数-XX:+MaxTenuringThreshold设置），或者当新建的对象太大时，会将这些对象存放在老年代。

年轻代的对象如何晋升到老年代：

（1）经历一定Minor次数依然存活的对象；

（2）survivor区中存放不下的对象

（3）新生成的大对象（-XX:+PretenuerSizeThreshold)

常见的调优参数：

-XX:SurvivorRatio: Eden和Survivor的比值，默认为8:1；

-XX:NewRatio: 老年代和年轻代的内存大小的比例，默认为2:1；

-XX:MaxTenuringThreshold: 对象从年轻代晋升到老年代经过GC次数的最大阈值；

-XX:PretenuerSizeThreshold: 新生的大对象。

• 老年代： 存放生命周期较长的对象；

一般采用标记-清除算法、和标记-整理算法；

Full GC 和 Major GC(需要Major GC是上面的Full GC,还是整个堆上的垃圾回收）；

Full GC 比 Minor GC 慢，但执行频率低；

触发Full GC 的条件：

（1）老年代空间不足；

（2）永久代空间不足（JDK1.7之前）；

（3）调用System.gc(); (注意，这只是一个提醒作用，开发人员不能控制GC)

（4）CMS GC 时出现 promotion failed，concurrent model failure（即 ）

（5）Minor GC晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间；

（6）使用RMI来进行RPC或管理的JDK应用，每小时执行1次Full GC;

3.新生代垃圾收集器：

Stop-the-World: 即JVM由于要执行GC而停止了应用程序的执行；任何一种GC算法中都会发生；

多数GC优化通过减少Stop-the-World发生的时间来提高程序性能，从而使程序"高吞吐，低停顿"。

Safepoint: 分析过程中对象引用关系不会发生变化的点；

产生Safepoint的地方：方法调用、循环跳转、异常跳转等；

安全点数量的适中

JVM的运行模式：

Server: 启动时速度慢，启动重量级的JVM,当稳定运行后速度快；

Client：启动时速度快，启动轻量级的JVM,当稳定运行后速度慢；

注：可以使用java -version查看当前JVM的运行模式

垃圾收集器之间的联系，如图（垃圾收集器）：

1）Serial收集器（-XX:UseSerialGC,复制算法）：

单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程；（停顿几十毫秒或者几百毫秒）

简单高效，Client模式下默认的年轻代收集器。

2）ParNew收集器（-XX:UseParGC,复制算法）

多线程收集，其余的行为、特点和Serial收集器一样；

单核执行效率不如Serial，在多核下执行才有优势（Server模式下）

3）Parallel Scavenge收集器（-XX:UseParallelGC,复制算法）：

吞吐量=运行用户代码的时间/(运行用户代码的时间+垃圾回收的时间)

比起关注用户线程停顿时间，更关注系统的吞吐量；

在多核下执行才有优势，Server模式下默认的年轻代收集器。

（-XX:UseAdaptiveSizePolicy)

4.老年代常见的垃圾收集器

1）Serial Old收集器（-XX:UseSerialOldGC,标记-整理算法）：

单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程；（停顿几十毫秒或者几百毫秒）

简单高效，Client模式下默认的老年代收集器。

2）Parallel Old收集器（-XX:UseParallelOldGC,标记-整理算法）：

多线程，吞吐量优先；

3）CMS收集器（-XX:UseConcMarkSweepGC,标记-清除算法）：老年代垃圾收集器的半壁江山

Step1: 初始标记 stop-the-world

Step2: 并发标记 并发追溯标记，程序不会停顿

Step3: 并发预清理 查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象

Step4: 重新标记 暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象

Step5: 并发清理 清理垃圾对象，程序不会停顿

Step6: 重置CMS收集器的数据结构

缺点：碎片化

了解：G1收集器（-XX:UseG1GC,复制+标记-整理算法）：

Garbage First 收集器的特点：并发与并行、分代收集、空间整合、可预测的停顿

5. Object的finalized()方法的作用是否与C++的析构函数作用相同？

与C++的析构函数不同，析构函数调用确定（即对象离开作用域后就会被删除），而它的是不确定的；

java中当垃圾回收器要宣告对象死亡时时，至少要经过两次的标记过程：如果对象在进行可达性分析后，没有和GC Root连接的引用链时，就会被第一次标记，并且判断是否执行finalize()方法；如果对象覆盖finalize方法，且未被引用过，这个对象就会被放在F-Queue队列；

方法执行随时可能会被终止；

给予对象最后一次重生的机会。

6.java中的强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么用：

1）强引用（Strong Reference)

最普遍的引用：Object obj=new Object()

抛出OutOfMemoryError终止程序也不会回收具有强引用的对象；

通过将对象设置为null来弱化引用，使其被回收。

2）软引用（Soft Reference)

对象处在有用但非必须的状态；

只有当内存空间不足时，GC会回收该引用的对象的内存；

可以用来实现高速缓存。

String str=new String("abc");//强引用
SoftReference softRef=new SoftReference (str);//软引用

3）弱引用（Weak Reference)

非必须的对象，比软引用更弱一些；

GC时会被回收；

被回收的概率也不大，因为GC线程优先级比较低；

适用于引用偶尔被使用且不影响垃圾收集的对象。

String str=new String("abc");//强引用
WeakReference abcWeakRef=new WeakReference (str);//弱引用

4）虚引用（PhantomReference)

不会决定对象的生命周期；

任何时候都可能被垃圾收集器回收；

跟踪对象被垃圾收集器回收的活动，起哨兵作用；

必须和引用队列ReferenceQueue联合使用

String str=new String("abc");//强引用
ReferenceQueue queue=new ReferenceQueue();
PhantomReference ref=new PhantomReference (str,queue);//虚引用

强引用 > 软引用 > 弱引用 > 虚引用

引用类型	被垃圾回收的时间	用途	生存时间
强引用	从来不会	对象的一般状态	JVM停止运行时终止
软引用	在内存不足时	对象缓存	内存不足时终止
弱引用	在垃圾回收时	对象缓存	gc运行后终止
虚引用	Unknown	标记、哨兵	Unknown

引用队列（ReferenceQueue):无实际存储结构，存储逻辑依赖于内部节点之间的关系来表达（head next）