【JVM】垃圾回收 ——自问自答2

Q: System.gc() 的理解

System.gc()底层调用的是 Runtime.getRuntime.gc(),会现实出发FullGC。

但是，它的调用附带一个免责声明，无法保证对垃圾收集器的调用。

Q： 内存溢出和内存泄漏？

内存溢出： 简而言之，内存不够用了
可能因为堆内存在设置大小的时候 -Xms ,-Xmx 设置的比较小
前面也提到，虚拟机栈可以动态扩容时，当物理内存空间不足以给栈扩容，也会导致OutofMemory：stack
在jdk不同版本之中，方法区所产生的OOM是不同的。
jdk7及以前，是永久代 permgen space，而jdk8之后则是 Metaspace

一般情况下，在系统抛出OOM之前，GC会进被触发，尽可能清理出空间给新对象。
比如软引用就是在内存不足的情况下，会被触发回收。

内存泄漏(memory Leak)
当一个对象不会再被程序用到了，但是GC有不能回收他们，此时称之为内存泄漏。(一个不再被使用的对象，仍然有GC roots引用)

内存泄漏的举例：

1、单例模式。
首先明白一个问题，一个JVM对应的是一个进程(有一个与之对应的单例对象 Runtime)，
平时说的微服务也好，分布式也好，不管怎样，请搞清楚。一个java进程，对应一个JVM，或者可以理解为，一个运行起来的服务，它就是一个进程。
如果在这个服务(进程)中，有一个单例对象，那么此对象的生命周期是随着JVM进程的消亡而消亡的。
如果此时单例对象内强引用了一个其他对象，而没有手动释放，那么这个被引用的对象的生命周期会和引用它的单例对象一样，一直随着JVM进程结束，才能结束。
如果这个被引用的对象后续不再被使用，但是它无法被GC销毁，这时候，就是个典型的内存泄漏场景。
我们可以用软引用来解决这种问题。

2、没用关闭某些资源
java的面向对象思想，把很多资源使用场景都有一个建立链接和关闭链接的过程，这个其实是一种网络分层模型中，提供可靠服务的前提。
比如数据库链接，套接字链接(socket)，IO，他们都是要进行手动close的。前两个其实都是基于TCP的建立连接和关闭链接的过程。

Q： 谈一谈Stop the World

STW GC线程在工作的过程中，与用户线程是并发执行的，二者抢占CPU资源，GC执行，用户线程被暂停。
 
 可达性分析算法中枚举根节点会导致Java执行线程停顿。
 因为： 分析工作要保证一致性结果，一般是在当前进程快照中分析
 如果分析过程中，一直有用户线程在执行，就会导致分析结果不准确。
 
 (开发中尽量少使用System.gc 会产生STW)
 
 
 
 
 
 Q： 垃圾回收的并行，并发。
 
 垃圾回收事件的并行与串行是对立的，它描述的是垃圾收集线程的工作关系。
 串行，指在进行垃圾收集时，只有一个GC线程在工作。
 并行：指在进行垃圾收集时，有多个GC线程在同时工作。
 注意上述两个场景中，用户线程都是暂停的，并行与串行机制只是在描述垃圾收集线程。
 
 但是请注意一点：并行，虽说是要建立在多处理器条件下，才可能发生的，但是在操作系统相关的知识体系中，“并行”的概念并不是绝对的。
 因为并行的垃圾回收行为，在单处理器环境下，是通过并发执行表现的。但是请注意发生CPU争抢的，只有GC线程而没有用户线程。
 
 这个道理其实就像理解操作系统的共享特性。共享分为独占式共享，和同时共享。
 独占式共享，就是串行的，一个作业完成对资源的使用后，再运行下一个作业去访问资源。
 但是同时访问共享，并不真是"同时访问",本质上来说，也是通过并发的特性来实现"同时"。
 
 
 
 垃圾收集的并发行为：
 
指的是垃圾收集线程，可以和用户线程 "同时"执行(这里的同时，和上面的解释是一样的，还是取决于CPU和工作线程的个数)

因此，垃圾收集上下文环境所说的并发和并行，和操作系统层面说的并发，并行是有区别的。

Q： 安全区和安全点
程序执行时并不是在任何地方都能停下来开始GC，只是在特定位置才能停顿下来，开始GC，这些位置称为 安全点

安全点的选择一般是以"是否具有让程序长时间执行的特征"，比如选择一些执行时间较长的指令作为安全点，比如方法调用，循环跳转和异常跳转。

如何在GC发生时，检查所有线程都跑到了最近的安全点停顿下来呢？
1、抢占式中断：弃用
2、主动式中断：设置标志位，各个线程运行到Safepoint，主动轮训这个标志，若中断标志为真，将自己进行中断挂起。

这里补充一个操作系统的知识：

进程在执行的过程时，CPU会有内核态和用户态，当发生系统中断，CPU会从用户态转换为内核态，使操作系统夺回CPU控制权(也是唯一途径)
内核态->用户态：执行一条特权指令----修改PSW的标志位为用户态。操作系统让出CPU使用权。
用户态->内核态：由 中断 引发，硬件自动完成变态过程。
中断分为 内中断和外中断，一般程序执行遇到异常，或请求系统调用，执行访管指令都属于内中断。
当进入中断时，用户进程根据不同场景会进入就绪，阻塞，就绪/阻塞挂起，退出等状态。

操作系统关于线程实现方式有三类：内核级线程、用户级线程、组合方式

用户级线程：（图片来自王道，侵删）

早期，操作系统只支持进程，没用线程的概念，内核中只有进程的概念，进程作为资源分配的单位，
用户通过线程库来对一个进程进行拆分执行。最简单的线程库，可以理解为：

int main(){
    int flag =0;

    while(true){
    
        if(flag==0){
            do A；
        }
        if(flag==1){
            do B；
        }
        if(flag==3){
            do C；
        }
   }

}

用户线程是建立在用户空间的线程库上，系统内核不感知线程存在的实现，用户线程的创建、同步、销毁和调度完全在用户状态中完成。
但是这种设计的时间片划分仍然是以进程为单位的，进程A有一个线程，进程B有100个线程，假设两者的时间片长度相同，这种分配结果是不公平的。
而且，某一线程被阻塞，整个进程都会被阻塞，内核分配CPU资源也是按进程分配，也就是说进程B中的所有线程都是并发执行，每次只能执行1个线程。

内核级线程：

操作系统内核支持的线程，这种线程有内核来完成线程切换。每个线程都有自己的TCB
换句话说，操作系统内核已经支持线程的概念了，内核已经将线程作为最小的资源分配单位。

用户线程的实现是通过线程库来创建管理的，线程库分为有内核支持和无内核支持，区别在于在调用库内函数时，是否需要进行内核的系统调用。
java线程库就是常用的线程库之一。它以来与宿主系统的线程库，windows上是 windows API，Unix上是POSIX pthreads。

这些模型是建立在支持内核级线程的系统中的：

多线程模型
用户线程和内核线程链接方式不同，分为一对一，多对一，多对多。

一对一：一个用户线程对应一个内核线程，用户线程被阻塞，并不会影响其他线程的运行。
并发能力较强，一个线程阻塞，并不会影响到其他线程,但是一一对应开销也很大。(见上图)

多对一：一个内核线程对应多个用户线程，这些线程一般属于一个进程，线程的调度和管理都是在用户空间完成的(执行效率比较高)。
缺点很突出：任意时刻，只能有一个线程与内核线程进行映射，一个线程阻塞，整个进程会发生阻塞，多个线程不能同时在多个处理器上运行。

java每个线程都对应了一个本地线程，其实java的线程是在JVM虚拟机中通过一些C++写的方法调用，来调用本地线程库的API，对线java程状态进行管理，映射。
所有这个对应的本地线程，实际上是本地线程库中的用户级的线程，而非内核线程，至于本地线程库到底使用了那种多线程模型，要具体系统具体分析，这也是JVM实现跨平台的一个手段。

这里补充这些知识，是想说，用户线程在安全点的STW，其受到中断而挂起，其实是通过

JVM——本地线程库——内核级线程状态切换  这一套执行流程的。这个安全点造成的中断，并非操作系统里说的中断，OS里的中断粒度是针对进程来说的。

安全区：

如果某些线程在准备进入安全点之前，是阻塞态，该线程此时是无法响应JVM的中断请求的，运行到安全点，再中断挂起，
安全区是一段代码片段中，对象的引用关系没有发生变化，再这个区域中任何位置开始GC都是安全的。
从一个点 被扩大成了一个片段。

执行过程：
当线程运行到safe Region代码段时，首先标识已经进入了safe Region，若这段时间内发生GC，JVM会忽略标识为 safe Region状态的线程。

当线程即将离开safe Region时，会检查JVM是否已经完成GC，若完成了，则继续运行，否则线程必须等待到收到可以安全离开safe Region的信号为止。

Q: 强软弱虚来一套

强引用：普通创建对象的语法，都是强引用。
软引用：堆内内存不足时，软引用会被回收
弱引用：发生垃圾回收行为时，一定会被回收
虚引用：一个对象是否有虚引用存在，跟其生存时间没叼毛影响，无法通过一个虚引用获取一个对象实例。
设置虚引用的目的在于垃圾回收该对象时，得到一个系统通知。它其实可以理解为一个对象回收的跟踪。对象回收后，将虚引用加入引用队列，以通知程序该对象的回收情况

//-xms9m -xmx9M  -XX:+PrintGCDetails

class ReferenceDemo{
        

    //强引用，ReferenceDemo对象实例化后，objRf_inheap位于实例对象所在的堆空间中
    Object objRf_inheap =new Object();
    
 
    public void foo(){
    //强引用，引用存在于局部变量表中的第二个位置，slot标号为1 
    Object objRf_inLV =new Object();
    
    //软引用，当内存空间不足的时候，会在GC中对其进行回收
    Object obj =new Object();
    SoftReference obj_softRf =new SoftReference