一文理清JVM和GC（上）
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本文主要介绍
JVM和GC解析
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一、JVM内存体系
其中方法区和堆被JVM中多个线程共享，比如类的静态常量就被存放在方法区，供类对象之间共享。
虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是每个线程独立拥有的，不会与其他线程共享。
所以Java在通过new创建一个类对象实例的时候，一方面会在虚拟机栈中创建一个对该对象的引用，另一方面会在堆上创建类对象的实例，然后将对象引用指向该对象的实例。对象引用存放在每一个方法对应的栈帧中。
虚拟机栈：虚拟机栈中执行每个方法的时候，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。本地方法栈：与虚拟机栈发挥的作用相似，相比于虚拟机栈为Java方法服务，本地方法栈为虚拟机使用的Native方法服务，执行每个本地方法的时候，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。方法区：它用于存储已被虚拟机加载的类信息，常量，静态变量，即时编译器编译后的代码等数据，方法区在JDK1.7版本及之前称为永久代，从JDK1.8之后永久代被移除。堆：堆是Java对象的存储区域，任何new字段分配的Java对象实例和数组，都被分配在了堆上，Java堆可使用- Xms和-Xmx进行内存控制，从JDK1.7版本之后，运行时常量池从方法区移到了堆上。程序计数器：指示Java虚拟机下一条需要执行的字节码指令。
二、JAVA8之后的JVM
从图中我们可以看出JAVA8的JVM 用元空间取代了永久代
三、GC作用域
四、常见垃圾回收算法
1）引用计数法：
JVM的实现一般不采用这种方式
缺点：
- 每次对对象赋值时均要维护引用计数器，且计数器本身也有一定的消耗；
- 较难处理循环引用；
2）复制算法：
Java 堆从GC的角度可以细分为：新生代（Eden区、From Survivor区 和 To Survivor区）和 老年代。
特点：
复制算法不会产生内存碎片，但会占用空间。用于新生代。
MinorGC的过程（复制 --> 清空 --> 互换）：
- 复制： （Eden、SurvivorFrom 复制到 SurvivorTo，年龄加1）
首先，当Eden区满的时候会触发第一次GC，把还活着的对象拷贝到SurvivorFrom区，当Eden区再次触发GC的时候会扫描Eden区域和From区域，对这两个区域进行垃圾回收，经过这次回收后还存活的对象，则直接复制到To区域（如果有对象的年龄已经到达了老年的标准，则复制到老年代区），同时把这些对象的年龄加1。 - 清空：（清空Eden、SurvivorFrom）
清空Eden和SurvivorFrom中的对象，也即复制之后有交换，谁空谁是to。 - 互换：(SurvivorTo和SurvivorFrom 互换)
最后，SurvivorTo和SurvivorFrom 互换，原SurvivorTo成为下一次GC是的SurvivorFrom区。
3）标记清除法
算法分成标记和清除两个阶段，先标记出要回收的对象，然后统一回收这些。
特点：
不会占用额外空间，但会扫描两次，耗时，容易产生碎片，用于老年代
4）标记压缩法
优点：
没有内存碎片，可以利用bump
缺点：
需要移动对象的成本，用于老年代
原理：
标记：与标记清除一样
压缩：再次扫描，并往一段滑动存活对象
五、判断对象是否可回收
1）引用计数法
Java中，引用和对象是有关联的。如果要操作对象则必须用引用进行。
因此，很显然的一个方法就是通过引用计数来判断一个对象是否可以回收。简单来说就是给对象添加一个引用计数器。每当有一个地方引用它，计数器的值加1，每当有一个引用失效时，计数器的值减1。
任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的，那么这个对象就是可回收对象。
缺点：
很难解决对象之间相互循环引用的问题
2）枚举根节点做可达性分析(根搜索路径)
所谓GC roots或者说tracing GC 的 根集合 就是一组必须活跃的引用。
基本思路就是通过一系列名为GC Root 的对象作为起始点，从这个被称为GC Roots的对象开始向下搜索。
如GC Roots没有任何引用链相连是，则说明此对象不可用。也即给定一个集合的引用作为根出发，通过引用关系
哪些可以做GCRoots对象
虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）方法区中的类静态属性引用的对象方法区中常量引用的对象本地方法栈中N（Native方法）引用的对象
六、JVM的参数类型
1）标配参数
-
java -version -
java -help
2）X参数
-
java -Xint -version：解释执行 -
java -Xcomp -version：第一次使用就编译成本地代码 -
java -Xmixed：混合模式
3）XX参数
- Boolean类型
-XX：+ 或者 - 某个属性值（+：表示开启，-：表示关闭）
例子：
-XX: +PrintGCDetails： 开启打印GC收集细节
-XX: -PrintGCDetails： 关闭打印GC收集细节
-XX: +UseSerialGC： 开启串行垃圾收集器
-XX: -UseSerialGC：关闭串行垃圾收集器
- KV设置类型
-XX: 属性key = 属性value
例子：
-XX: MetaspaceSize = 128m：设置元空间大小为128m
-XX:MaxTenuringThreshold = 15：控制新生代需要经历多少次GC晋升到老年代中的最大阈值
- jinfo -查看当前运行程序的配置
公式：jinfo -flag 配置项 进程编号
例子：
-
查看初始堆大小：
-
查看其他参数
-
查看使用哪种垃圾回收器
两个经典参数
-Xms等价于-XX: InitialHeapSize-Xmx等价于-XX: MaxHeapSize
七、查看JVM默认值
-
-XX:+PrintFlagsInitial： 查看默认初始值 -
-
java -XX: +PrintFlagsInitial -version -
java -XX: +PrintFlagsInitial
-
-
-XX:+PrintFlagsFinal：查看修改更新 -
-
java -XX:+PrintFlagsFinal -
java -XX:+PrintFlagsFinal -version -
java -XX:+PrintCommandedLineFlags
-
八、常用的配置参数
经典案例设置：
-Xms128m -Xmx4096m -Xss1024k -XX:Metaspacesize=512m -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:PrintGCDetails -XX:UseSerialGC
-Xms
初始化大小内存，默认为物理内存1/64
等价于 -XX:InitialHeapSize
-Xmx
最大分配内存，默认为物理内存1/4
等价于 -XX:MaxHeapSize
-Xss
设置单个线程的大小，一般默认为5112K~1024K
等价于 -XX:ThreadStackSize
-Xmn
设置年轻代大小
-XX:MetaspaceSize
设置元空间大小
元空间的本质和永久代类似，都是对JVM规范中方法区的实现，不过元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存。因此，默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制。
-XX:+PrintGCdetails
输出详细的GC收集日志信息
-XX:SurvivorRatio
设置新生代中eden和S0/S1空间的比例
默认：
-XX:SurvivorRatio=8 --> Eden:S0:S1=8:1:1
修改：
-XX:SurvivorRatio=4 --> Eden:S0:S1=4:1:1
SurvivorRatio值就是设置eden区的比例占多少，S0/S1相同
-XX:NewRatio
设置年轻代与老年代在堆结构的占比
默认：
-XX:NewRatio=2： 新生代占1，老年代占2，年轻代占整个堆的1/3
修改：
-XX:NewRatio=4： 新生代占1，老年代占4，年轻代占整个堆的1/5
NewRatio值就是设置老年代的占比，剩下的1给新生代
-XX:MaxTenuringThreshold
设置垃圾最大年龄
-XX:MaxTenuringThreshold=0：设置垃圾最大年龄。
如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入老年代。对于老年代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象在年轻代的存活时间，增加年轻代被回收的概论。
九、强软弱虚
1）强引用
- 当内存不足，JVM开始垃圾回收，对于强引用的对象，就算出现了OOM也不会对该对象进行回收，
死都不收 - 强引用是我们最常见的普通对象引用，只要还有强引用指向一个对象，就能表名对象还
活着，垃圾收集器不会碰这种对象。在Java中最常见的就是强引用，把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的。即使该对象以后永远都不会被用到，JVM也不会回收。 因此强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。 - 对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为null，一般就是认为可以被垃圾收集（具体看垃圾收集策略）
public static void main(String[] args) {
Object o1 = new Object(); //默认为强引用
Object o2 = o1; //引用赋值
o1 = null; //置空 让垃圾收集
System.gc();
System.out.println(o1); // null
System.out.println(o2); // java.lang.Object@1540e19d
}
2）软引用
- 软引用就是一种相对强引用弱化了一些的引用。需要用java.lang.ref.SoftReference类来实现，可以让对象豁免一些垃圾收集。
- 系统内存
充足-> 不会回收 - 系统内存
不足-> 会回收 - 软引用通常用在对内存敏感的程序中，比如高速缓存就有用到软引用，内存够用的时候就保留，不够用就回收
public static void main(String[] args) {
Object o1 = new Object();
SoftReference softReference = new SoftReference(o1);
o1 = null;
System.gc();
System.out.println(o1);
System.out.println(softReference.get());
}
3）弱引用
- 弱引用需要用
java.lang.ref.WeakReference类来实现，它比软引用的生存期更短 - 对于弱引用的对象，只要垃圾回收机制一运行，不管JVM的内存空间是否足够，都会回收该对象占用的内存。
public static void main(String[] args) {
Object o1 = new Object();
WeakReference weakReference = new WeakReference(o1);
o1 = null;
System.gc();
System.out.println(o1); //null
System.out.println(weakReference.get()); //null
}
4）虚引用
- 虚引用需要
java.lang.ref.PhantomReference类来实现。 - 形如虚设，它不会决定对象的生命周期。
- 如果一个对象持有虚引用，那么它就和没有任何一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收，它不能单独使用也不能通过它来访问对象，虚引用必须和
引用队列（ReferenceQueue）联合使用。 - 虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态，仅仅是提供了一种确保对象被
finalize以后，做某些事情的机制。PhantomReference的get()方法总是返回null，因此无法访问对应的引用对象。其意义在于说明一个对象已经进入finalization阶段，可以被gc回收，用来实现比finalization机制更灵活的回收操作。
public static void main(String[] args) {
Object o1 = new Object();
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(o1,referenceQueue);
System.out.println(o1); //java.lang.Object@1540e19d
System.out.println(phantomReference.get()); //null
System.out.println(referenceQueue.poll()); //null
}
扩展：软弱引用适用场景
假如有一个引用需要读取大量的本地图片
存在问题：
- 如果每次读取图片都从硬盘读取则会严重影响性能。
- 如果一次性全部加载到内存中有可能造成内存溢出。
解决思路：
用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。
Map imgMap = new HashMap()
WeakHashMap：
public static void main(String[] args) {
WeakHashMap<Integer,String> weakHashMap = new WeakHashMap<>();
Integer key = new Integer(1);
weakHashMap.put(key,"测试1");
System.out.println(weakHashMap); //{1=测试1}
key=null;
System.out.println(weakHashMap); //{1=测试1}
System.gc();
System.out.println(weakHashMap+"\t"+weakHashMap.size()); //{} 0
}
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