JVM垃圾回收算法与常见面试题
常见面试题
问题答案在文中都有提到
- 如何判断对象是否死亡（两种方法）。
- 简单的介绍一下强引用、软引用、弱引用、虚引用（虚引用与软引用和弱引用的区别、使用软引用能带来的好处）。
- 如何判断一个常量是废弃常量
- 如何判断一个类是无用的类
- 垃圾收集有哪些算法，各自的特点？
- HotSpot 为什么要分为新生代和老年代？
- 常见的垃圾回收器有哪些？
- 介绍一下 CMS,G1 收集器。
- Minor Gc 和 Full GC 有什么不同呢？
一、对象已死？
1、引用计数法
在对象中设置一个引用计数器，当有别的对象引用它时，计数器值+1；当引用失效时，计数器值-1。当值为0时，这个对象就不可能在被使用。
缺点：会造成循环引用的问题，使对象永远得不到回收，类似于死锁一样得不到释放。
2、可达性分析算法
主流的商用编程语言（Java、C#）都是使用这个算法来判断对象是否存活。
从一个GC Roots根节点向下搜索，搜索走过的路径称为“引用链”，如果一个对象到GC Roots间没有然和引用链，那么这个对象不可能再被使用了，垃圾回收器会在合适的时候回收掉它。
对象真的死了吗？
判断一个对象死亡，至少要经历两次标记。判断为不可达只是第一次标记，在第二次标记前，对象还有自我拯救的机会
第二次筛选的条件是对象是否有必要执行finalize()方法，假如对象没有覆盖finalize()或者finalize()已经被虚拟机调用过，那么虚拟机就认为没有必要执行。
虚拟机说是出发这个finalize()执行，但是它不一定会等待此方法执行结束。这是为了防止finalize()执行慢或者发生死循环而拖累整个垃圾回收。
3、引用
1、强引用
虚拟机宁愿抛出OOM异常都不会回收它，例如new出来的实例对象。
2、软引用
只会在内存不足的情况下才会选择回收它。
3、弱引用
不管内存够不够，执行垃圾回收的时候一定会回收它。
4、虚引用
使用它的目的是为了在这个对象被回收的时候收到一个系统通知。
4、回收方法区
在方法区中主要回收废弃的常量和不再使用的类。
1、如何判断常量废弃？
假如在常量池中存在字符串“hello”，但是没有任何字符串对象引用它，那么它就是一个废弃常量。
2、如何判断一个类是不再使用的呢？
需要同时满足以下3个条件：
- 该类的实例对象被回收。
- 加载该类的类加载器被回收。
- 该类对应的
java.lang.Class对象没有在任何地方被引用。
二、垃圾收集算法
1、标记-清楚算法
标记出所有要清除的对象，在标记完成后，统一回收所有被标记的对象。
缺点：
- 执行效率不稳定。如果Java堆中存在大量对象，而且其中大部分是要回收的，此时就要做大量标记和清除动作，导致标记和清除这两个动作的执行效率随着对象数量的增长而降低。
- 内存空间不连续、碎片化问题。碎片空间太多，以至于后面要给大对象分配内存时找不到连续的内存空间，此时不得不提前出发另一次垃圾回收。
2、标记-复制算法
将内存分成两个相等的两小块，每次只使用其中一块。当这一块内存用完了，就将已经存活的对象复制到另一块，然后把这一块内存清理掉。
问题：如果大部分对象都是存活的，那么复制会造成大量的内存间复制的开销。
缺点：每次只使用了一半的内存空间，空间浪费有点大。
3、标记-整理算法
这个算法是针对老年代回收提出来的，老年代如果使用标记-复制算法需要进行较多的复制操作，效率较低。
此算法的标记过程与标记-复制算法一样，但后面不是对可回收对象的清理，而是将存活的对象移到内存空间的一段，然后直接清理端边界以外的内存空间。
4、分代收集理论
Java虚拟机将堆内存分成两块区域：新生代和老年代。这样可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法。
新生代：每次都有大量的对象死去，选择复制算法，付出复制的成本就能回收大量的对象。
老年代：存活的对象比较多，复制时开销大，选择标记-清除算法或者标记-整理算法。
三、垃圾收集器
没有万能的垃圾收集器，只选择适合某场景的垃圾收集器。
1、Serial
这是一个单线程工作的收集器，它在工作时需要停止其他所有工作，就是俗称的stop the word。
它是客户端模式下默认的新生代收集器，采用标记-复制算法。
它对应的老年代收集器叫做Serial Old，工作方式相类似，采用标记-整理算法。
2、ParNew
实际上这个收集器是Serial的多线程并行版本。
新生代采用复制算法，老年代（ParNew Old）采用标记-整理算法。
运行在服务端模式。
3、Parallel Scavenge
基于标记-复制算法的新生代收集器，关注于吞吐量。老年代（Parallel Old）基于标记-整理算法
4、CMS
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器：
-
是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。它非常符合在注重用户体验的应用上使用。
-
是
HotSpot虚拟机第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程（基本上）同时工作。
从名字中的Mark Sweep这两个词可以看出，CMS 收集器是一种 “标记-清除”算法实现的，它的运作过程相比于前面几种垃圾收集器来说更加复杂一些。整个过程分为四个步骤：
- 初始标记： 暂停所有的其他线程，并记录下直接与 root 相连的对象，速度很快 ；
- 并发标记： 同时开启 GC 和用户线程，用一个闭包结构去记录可达对象。但在这个阶段结束，这个闭包结构并不能保证包含当前所有的可达对象。因为用户线程可能会不断的更新引用域，所以 GC 线程无法保证可达性分析的实时性。所以这个算法里会跟踪记录这些发生引用更新的地方。
- 重新标记： 重新标记阶段就是为了修正并发标记期间因为用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段的时间稍长，远远比并发标记阶段时间短
- 并发清除： 开启用户线程，同时 GC 线程开始对未标记的区域做清扫。
从它的名字就可以看出它是一款优秀的垃圾收集器，主要优点：并发收集、低停顿。但是它有下面三个明显的缺点：
- 对 CPU 资源敏感；
- 无法处理浮动垃圾；
- 它使用的回收算法-“标记-清除”算法会导致收集结束时会有大量空间碎片产生。
5、G1
`G1` (Garbage-First) 是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器. 以极高概率满足` GC` 停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征.
G1 收集器的运作大致分为以下几个步骤：
- 初始标记：需要停顿线程
- 并发标记：可与用户线程并发执行
- 最终标记：需要停顿线程
- 筛选回收：可与用户线程并发执行
G1 收集器在后台维护了一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先选择回收价值最大的 Region(这也就是它的名字 Garbage-First 的由来)。这种使用 Region 划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了 G1 收集器在有限时间内可以尽可能高的收集效率（把内存化整为零）。
四、内存分配与回收
1、对象优先在Eden分配
大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配。当Eden区没有足够的空间进行分配是，虚拟机将发生一次Minor GC。
Minor GC 和 Full GC 有什么不同呢？
- 新生代 GC（Minor GC）:指发生新生代的的垃圾收集动作，Minor GC 非常频繁，回收速度一般也比较快。
- 老年代 GC（Major GC/Full GC）:指发生在老年代的 GC，出现了 Major GC 经常会伴随至少一次的 Minor GC（并非绝对），Major GC 的速度一般会比 Minor GC 的慢 10 倍以上。
2、大对象直接进入老年代
目的：避免在Eden及两个Survivor区之间来回复制，产生大量的内存复制操作。
大对象就是需要大量连续内存空间的对象（比如：字符串、数组）。
3、长期存活的对象将进入老年代
虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器，对象没经历一次Minor GC存活下来，计数器+1，当它的年龄达到一定的阈值，就会晋升到老年代中。
**动态对象年龄判断：**不一定是必须达到上面的阈值才会晋升到老年代。如果Survivor空间中相同的年龄所有对象大小的总和大于总空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。
4、空间分配担保
。
3、长期存活的对象将进入老年代
虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器，对象没经历一次Minor GC存活下来，计数器+1，当它的年龄达到一定的阈值，就会晋升到老年代中。
**动态对象年龄判断：**不一定是必须达到上面的阈值才会晋升到老年代。如果Survivor空间中相同的年龄所有对象大小的总和大于总空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。
4、空间分配担保
内存回收时新生代中所有对象都存活时，需要老年代进行分配担保，把Survivor无法容纳的对象直接进入老年代。