（JavaSE高级）六、JVM 基础知识

1. 既然有 GC 机制，为什么还会有内存泄露的情况

理论上 Java 因为有垃圾回收机制（GC）不会存在内存泄露问题（这也是 Java 被广泛使用于服务器端编程的一个重要原因）。然而在实际开发中，可能会存在无用但可达的对象，这些对象不能被 GC 回收，因此也会导致内存泄露的发生。
例如 hibernate 的 Session（一级缓存）中的对象属于持久态，垃圾回收器是不会回收这些对象的，然而这些对象中可能存在无用的垃圾对象，如果不及时关闭（close）或清空（flush）一级缓存就可能导致内存泄露。
下面例子中的代码也会导致内存泄露。

1. import java.util.Arrays;
2. import java.util.EmptyStackException;
3. public class MyStack {
4. private T[] elements;
5. private int size = 0;
6. private static final int INIT_CAPACITY = 16;
7. public MyStack() {
8. elements = (T[]) new Object[INIT_CAPACITY];
9. }
10. public void push(T elem) {
11. ensureCapacity();
12. elements[size++] = elem;
13. }
14. public T pop() {
15. if(size == 0)throw new EmptyStackException();
16. return elements[--size];
17. }
18. private void ensureCapacity() {
19. if(elements.length == size) {
20. elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size + 1);
21. }
22. }
23. }

上面的代码实现了一个栈（先进后出（FILO））结构，乍看之下似乎没有什么明显的问题，它甚至可以通过你编写的各种单元测试。然而其中的 pop 方法却存在内存泄露的问题，当我们用 pop 方法弹出栈中的对象时，该对象不会被当作垃圾回收，即使使用栈的程序不再引用这些对象，因为栈内部维护着对这些对象的过期引用（obsoletereference）。在支持垃圾回收的语言中，内存泄露是很隐蔽的，这种内存泄露其实就是无意识的对象保持。如果一个对象引用被无意识的保留起来了，那么垃圾回收器不会处理这个对象，也不会处理该对象引用的其他对象，即使这样的对象只有少数几个，也可能会导致很多的对象被排除在垃圾回收之外，从而对性能造成重大影响，极端情况下会引发 Disk Paging （物理内存与硬盘的虚拟内存交换数据），甚至造成 OutOfMemoryError。

2. Java 中为什么会有 GC 机制呢？

Java 中为什么会有 GC 机制呢？
• 安全性考虑；-- for security.
• 减少内存泄露；-- erase memory leak in some degree.
• 减少程序员工作量。-- Programmers don't worry about memory releasing.

3. 对于 Java 的 GC 哪些内存需要回收

内存运行时 JVM 会有一个运行时数据区来管理内存。它主要包括 5 大部分：程序计数器(Program Counter
Register)、虚拟机栈(VM Stack)、本地方法栈(Native Method Stack)、方法区(Method Area)、堆(Heap).
而其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈是每个线程私有的内存空间，随线程而生，随线程而亡。例如栈中每一个栈帧中分配多少内存基本上在类结构确定是哪个时就已知了，因此这 3 个区域的内存分配和回收都是确定的，无需考虑内存回收的问题。
但方法区和堆就不同了，一个接口的多个实现类需要的内存可能不一样，我们只有在程序运行期间才会知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，GC 主要关注的是这部分内存。
总而言之，GC 主要进行回收的内存是 JVM 中的方法区和堆；

3. Java 的 GC 什么时候回收垃圾？

在面试中经常会碰到这样一个问题（事实上笔者也碰到过）：如何判断一个对象已经死去？
很容易想到的一个答案是：对一个对象添加引用计数器。每当有地方引用它时，计数器值加 1；当引用失效时，计数器值减 1.而当计数器的值为 0 时这个对象就不会再被使用，判断为已死。是不是简单又直观。然而，很遗憾。这种做法是错误的！为什么是错的呢？事实上，用引用计数法确实在大部分情况下是一个不错的解决方案，而在实际的应用中也有不少案例，但它却无法解决对象之间的循环引用问题。比如对象 A 中有一个字段指向了对象 B，而对象 B 中也有一个字段指向了对象 A，而事实上他们俩都不再使用，但计数器的值永远都不可能为 0，也就不会被回收，然后就发生了内存泄露。

所以，正确的做法应该是怎样呢？
在 Java，C#等语言中，比较主流的判定一个对象已死的方法是：可达性分析(Reachability Analysis).
所有生成的对象都是一个称为"GC Roots"的根的子树。从 GC Roots 开始向下搜索，搜索所经过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链可以到达时，就称这个对象是不可达的（不可引用的），也就是可以被 GC 回收了。无论是引用计数器还是可达性分析，判定对象是否存活都与引用有关！那么，如何定义对象的引用呢？
我们希望给出这样一类描述：当内存空间还够时，能够保存在内存中；如果进行了垃圾回收之后内存空间仍旧非常紧张，则可以抛弃这些对象。所以根据不同的需求，给出如下四种引用，根据引用类型的不同，GC 回收时也会有不同的操作：

• 强引用(Strong Reference):Object obj = new Object();只要强引用还存在，GC 永远不会回收掉被引用的对象。
• 软引用(Soft Reference)：描述一些还有用但非必需的对象。在系统将会发生内存溢出之前，会把这些对象列入回收范围进行二次回收（即系统将会发生内存溢出了，才会对他们进行回收。）
• 弱引用(Weak Reference):程度比软引用还要弱一些。这些对象只能生存到下次 GC 之前。当 GC 工作时，无论内存是否足够都会将其回收（即只要进行 GC，就会对他们进行回收。）
• 虚引用(Phantom Reference):一个对象是否存在虚引用，完全不会对其生存时间构成影响。

关于方法区中需要回收的是一些废弃的常量和无用的类。
1.废弃的常量的回收。这里看引用计数就可以了。没有对象引用该常量就可以放心的回收了。
2.无用的类的回收。什么是无用的类呢？
A.该类所有的实例都已经被回收。也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例；
B.加载该类的 ClassLoader 已经被回收；
C.该类对应的 java.lang.Class 对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

总而言之:

• 对于堆中的对象，主要用可达性分析判断一个对象是否还存在引用，如果该对象没有任何引用就应该被回收。而根据我们实际对引用的不同需求，又分成了 4 种引用，每种引用的回收机制也是不同的。
• 对于方法区中的常量和类，当一个常量没有任何对象引用它，它就可以被回收了。而对于类，如果可以判定它为无用类，就可以被回收了。

4.在开发中遇到过内存溢出么？原因有哪些？解决方法有哪些？

引起内存溢出的原因有很多种，常见的有以下几种：

1. 内存中加载的数据量过于庞大，如一次从数据库取出过多数据；
2. 集合类中有对对象的引用，使用完后未清空，使得 JVM 不能回收；
3. 代码中存在死循环或循环产生过多重复的对象实体；
4. 使用的第三方软件中的 BUG；
5. 启动参数内存值设定的过小；

内存溢出的解决方案：

• 第一步，修改 JVM 启动参数，直接增加内存。(-Xms，-Xmx 参数一定不要忘记加。)
• 第二步，检查错误日志，查看“OutOfMemory”错误前是否有其它异常或错误。
• 第三步，对代码进行走查和分析，找出可能发生内存溢出的位置。
  重点排查以下几点：

1. 检查对数据库查询中，是否有一次获得全部数据的查询。一般来说，如果一次取十万条记录到内存，就可能引起内存溢出。这个问题比较隐蔽，在上线前，数据库中数据较少，不容易出问题，上线后，数据库中数据多了，一次查询就有可能引起内存溢出。因此对于数据库查询尽量采用分页的方式查询。
2. 检查代码中是否有死循环或递归调用。
3. 检查是否有大循环重复产生新对象实体。
4. 检查 List、MAP 等集合对象是否有使用完后，未清除的问题。List、MAP 等集合对象会始终存有对对象的
   引用，使得这些对象不能被 GC 回收。

• 第四步，使用内存查看工具动态查看内存使用情况。