剑指Java面试-GC整理（不定期更新！）

剑指Java面试-GC整理（不定期更新！）

一、对象被判定为垃圾的标准

对象被判定为垃圾的标准

• 没有被其他对象引用

判定对象是否为垃圾的算法

• 引用计数算法
• 可达性分析算法

1. 引用计数算法

判断对象的引用数量

• 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的对象实例可以被当作垃圾收集

优点：执行效率高，程序执行受影响较小
缺点：无法检测出循环引用的情况，导致内存泄漏

2. 可达性分析算法

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。

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

二、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
• 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

• 碎片化

2. 复制算法（Copying）

• 分为对象面和空闲面
• 对象在对象面上创建
• 存活的对象被从对象面复制到空闲面
• 将对象面所有对象内存清除

• 解决了碎片化问题
• 顺序分配内存，简单高效
• 适用于对象存活率低的场景

3. 标记-整理算法（Compacting）

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

• 避免内存的不连续行
• 不用设置俩块内存互换
• 适用于存活率高的场景

4. 分代收集算法（Generational Collector）

• 垃圾回收算法的组合拳
• 按照对象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

5. jdk所采用的收集算法

jdk1.6、jdk1.7

jdk8及其以后的版本

永久代被去掉了

GC的分类

• Minor GC
• Full GC

新生代算法

年轻代：尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象

• Eden区
• 俩个Survivor

对象如何晋升到老年代

• 经历一定Minor次数依然存活的对象
• Survivor区存放不下的对象
• 新生成的大对象（-XX：+PretenuerSizeThreshold）

常用的调优参数

• -XX:SurvivorRatio：Eden和Survivor的比值，默认8：1
• -XX:NewRatio：老年代和年轻代内存大小的比例
• -XX：+PretenuerSizeThreshold：对象从年轻代晋升到老年代经过GC次数的最大阈值

老年代算法

老年代：存放生命周期较长的对象

• 标记-清理算法

• 标记-整理算法

• Full GC和Major GC

• Full GC比Minor GC慢，但执行频率低

触发Full GC的条件

• 老年代空间不足
• 永久代空间不足（jdk7及以前）
• CMS GC时出现promotion failed,concurrent mode failure
• Minor GC晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间
• 调用System.gc()
• 使用RMI来进行RPC或管理的JDK应用，每小时执行一次Full GC

三、垃圾收集器

1. Stop-the-World & Safepoint

Stop-the-World

• 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

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
• 安全点数量得适中

2. 常见的垃圾收集器

JVM的运行模式

• Server（重量级）
• Client（轻量级）

垃圾收集器之间的联系

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
• 简单高效，Client模式下默认的年轻代收集器

Serial Old收集器（-XX：+UseSerialOldGC，标记-整理）

• 单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程
• 简单高效，Client模式下默认的老年代收集器

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

• 多线程，吞吐量优先

CMS收集器（-XX：+UseConcMarkSweepGC，标记-清除算法）

CMS垃圾回收步骤

1. 初始标记：stop-the-world(只标记与GC Root直连的对象)
2. 并发标记：并发追溯标记，程序不会停顿
3. 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
4. 重新标记：暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象
5. 并发清理：清理垃圾对象，程序不会停顿
6. 并发重置：重置CMS收集器的数据结构

G1收集器（-XX：+UseG1GC，复制+标记-整理算法）

Garbage First收集器的特点

• 并发和并行
• 分代收集
• 空间整合（标记-整理）
• 可预测的停顿

Garbage First将整个Java堆内存划分成多个大小相等的Region，年轻代和老年代不再物理隔离

四、GC相关的面试题

1. Object的finalize()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，而它是不确定的
• 将未被引用的对象放置于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

2. Java中的强引用，软引用，弱引用，虚引用有什么用

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

软引用（Soft Reference）

• 对象处在有用但是非必须的状态
• 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

其用法如下：

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

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（无论当前内存是否紧缺，GC都将回收被弱引用关联的对象）
• 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

其用法如下：

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

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

其用法如下：

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

四种引用的区别

Java四种引用的级别由高到低：
强引用 > 软引用 > 弱引用 > 虚引用

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
• 存储关联的且被GC的软引用，弱引用以及虚引用