JVM_26_垃圾回收相关理解

System.gc()的理解

默认情况下，通过System.gc()或者Runtime.getRuntime().gc()的调用，会显示触发Full GC，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。
然后System.gc()调用附带了一个免责声明（不一定调用垃圾收集器），无法保证杜垃圾收集器的调用。
JVM实现者可以通过System.gc()调用来决定JVM的GC行为。而一般情况下，垃圾回收应该是自动进行的，无需手动触发，否则就太过麻烦了。在一些特殊情况下，如我们正在编写一个性能基准，我们可以在运行之间调用System.gc()。

 public void test1(){
        byte[] buffer = new byte[10*1024*1024];//不会被回收
        System.gc();
    }

    public void test2(){
        byte[] buffer = new byte[10*1024*1024];//会被回收
        buffer = null;
        System.gc();
    }
    public void test3(){
        {
            byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];//不会被回收，还会占用一个槽
        }
        System.gc();
    }
    public void test4(){
        {
            byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];//会被回收，槽被下面的value占用了
        }
        int value = 10;
        System.gc();
    }
    public void test5(){
        test1();
        System.gc();//test1里面的会被回收
    }

内存溢出

内存溢出相对于内存泄漏来说，尽管更容易被理解，但是同样的，内存溢出也是引发程序崩溃的罪魁祸首之一。
由于GC- - 直在发展，所有一般情况下，除非应用程序占用的内存增长速度非常快，造成垃圾回收已经跟不上内存消耗的速度，否则不太容易出现00M的情况。
大多数情况下，GC会进行各种年龄段的垃圾回收，实在不行了就放大招，来一次独占式的Full GC操作，这时候会回收大量的内存，供应用程序继续使用。
javadoc中对outOfMemoryError的解释是，没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多内存。
首先说没有空闲内存的情况:说明Java虛拟机的堆内存不够。原因有二:
(1) Java虚拟机的堆内存设置不够。
比如:可能存在内存泄漏问题;也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显式指定JVM堆大小或者指定数值偏小。我们可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。
(2)代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集(存在被引用)。
对于老版本的Oracle JDK，因为永久代的大小是有限的，并且JVM对永久代垃圾回收(如，常量池回收、卸载不再需要的类型)非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现OutOfMemoryError也非常多见，尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合;类似intern字符串缓存占用太多空间，也会导致0OM问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关:“java. lang . OutOfMemoryError: PermGen space"。
随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以相应的00M有所改观，出现OOM，异常信息则变成了:“java. lang. OutOfMemoryError: Metaspace". 直接内存不足，也会导致OOM。
这里面隐含着一层意思是，在拋出0utOfMemoryError之前，通常垃圾收集器会被触发，尽其所能去清理出空间。
➢例如:在引用机制分析中，涉及到JVM会去尝试回收软引用指向的对象等。
➢在java. nio. BIts . reserveMemory()方法中，我们能清楚的看到，System. gc()会被调用，以清理空间。
当然，也不是在任何情况下垃圾收集器都会被触发的
➢比如，我们去分配一-个超大对象，类似一一个超大数组超过堆的最大值，JVM可以判
断出垃圾收集并不能解决这个问题，所以直接抛出0utOfMemoryError。

内存泄漏（Memory Leak）

也称作“存储泄露”。严格来说，只有对象不会再被程序用到了，但是GC又不能回收它们的情况，才叫内存泄露。

但实际情况很多时候一些不太好的实践（或疏忽）会导致对象的生命周期变得很长甚至导师OOM，也可以叫做宽泛意义上的“内存泄露”。

尽管内存泄露并不会立刻引起程序崩溃，但是一旦发生内存泄露，程序中的可用内存就会被逐步蚕食，甚至耗尽内存，最终出现OutOfMemory异常，导致程序崩溃。

注意，这里的存储空间并不是指物理内存，而是指虚拟内存大小，这个虚拟内存大小取决于磁盘交换区设定的大小。

举例：
1，单例模式
单例的生命周期和应用程序是一样长的，所以单例程序中，如果持有对外部对象的引用的话，那么这个外部对象是不能被回收的，则会导致内存泄露的产生。
2，一些提供close的资源为关闭导致内存泄露
数据库连接（dataSource.getConnection()），网络链接（socket）和io连接必须手动close，否则是不能被回收的。

Stop The World

Stop-the-world，检测STW，指的是GC时间发生过程中，会产生应用程序的停顿。停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为STW。
- 可达性分析算法中枚举根节点（GC Roots）会导致所有Java执行线程停顿。
  - 分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行
  - 一致性指整个分析期间整个执行系统看起来像冻结咋某个事件点上
  - 如果出现分析过程中对象引用关系还在不断变化，则分析结果的准确性无法保证
被STW中断的应用程序会在完成GC之后恢复，频繁中断会让用户感觉像是网速不快造成电影卡带一样，所以我们需要减少STW的发生。
STW事件和采用哪款GC无关，所以的GC都有这个事件。
哪怕是G1也不能完全避免Stop-the-world情况发生，只能说垃圾回收器越来越优秀，回收效率越来越高，尽可能缩短暂停时间。
STW是JVM在后台发起和自动完成的。在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉。
开发中不要用System.gc()；会导致Stop-the-world。

垃圾回收的并发与并行

并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍处于等待状态。
串行：相较于并行的概念，单线程执行。如果内存不够，则程序暂停，启动JVM垃圾回收器进行垃圾回收。回收完，再启动程序的线程。

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并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾回收线程在执行时不会停顿用户程序的运行。
- 用户程序在继续运行，而垃圾收集线程运行于另一个CPU上；
- 如CMS,G1 。
  
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安全点与安全区域

安全点
程序执行时并非所有地方都能停顿下来开始GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为“安全点（Safepoint）”。
Safe Point的选择很重要，如果太少可能导致GC等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准。比如：选择一些执行时间较长的指令作为Safe Point，如方法调用。循环跳转和异常跳转等。

如何在发生GC时，检查所有线程都跑到最近的安全点停顿下来？

抢先式中断（目前没有虚拟机采用了）：首先中断所有线程。如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点。
主动式中断：设置一个中断标志，各个线程运行到Safe Point的时候主动轮训这个标志，如果中断标志为真，则将自己进行中断挂起。

安全区域（Safe Region）
Safepoint机制保证了程序执行时，在不太长的时间就会遇到可进入GC的Safepoint。但是，程序“不执行”的时候呢？例如线程处于Sleep状态或Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，“走”到安全点去中断挂起，JVM也不太可能等待线程被唤醒。对于这种情况，就需要安全区域（Safe Region）来解决。
安全区域是指在一段代码中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中任何位置开始GC都是安全的。也可以把Safe Region看作是被扩展了的Safepoint。
实际执行时：

当线程运行到Safe Region的代码时，首先标识已经进入了Safe Region，如果这段时间内发生GC,JVM会忽略标识为Safe Region状态的线程；
当线程即将Safe Region时，会检查JVM是否已经完成GC，如果完成了，则继续运行，否则线程必须等待直到收到了安全离开Safe Region的信号为止。