垃圾回收机制

GC针对什么对象?

当一个对象的所有引用都为null。循环依赖不算做引用,如果对象A有一个指向对象B的引用,对象B也有一个指向对象A的引用,除此之外,它们没有其他引用,那么对象A和对象B都需要被回收。

堆内存是如何划分的?

Java中对象都在堆上创建。为了GC,堆内存分为三个部分,也可以说三代,分别称为新生代,老年代和永久代(别的虚拟机中不存在永久代概念,HotSpot中Java8中已经移除了永久代,新加了一个叫做元数据区的native内存区)。
其中新生代又进一步分为Eden区,Survivor 0区Survivor 1区

新创建的对象会分配在Eden区,在经历一次Minor GC后会被移到Survivor 0区,再经历一次Minor GC后会被移到Survivor 1区,直到升至老年代,需要注意的是,一些大对象(长字符串或数组)可能会直接存放到老年代。

新生代GC(Minor GC)

  • 指发生在新生代的垃圾收集动作,因为Java对象大多都具有朝生夕灭的特性,所以Minor GC非常频繁,回收速度也较快。
  • 当Eden区没有足够空间时,会发起一次Minor GC,将Eden区中的存活对象移至Survivor区

老年代GC(Major GC/Full GC)

  • 指发生在老年代的垃圾收集动作
  • 当升到老年代的对象大于老年代剩余空间时会发生Full GC
  • 发生Full GC时用户线程会暂停,会降低系统性能和吞吐量

一些比较重要的知识点

  • 在Java中,对象实例都是在堆上创建。一些类信息、常量、静态变量等存储在方法区。堆和方法区都是线程共享的。
  • GC机制是由JVM提供,用来清理需要清除的对象,回收堆内存,由一个被称为垃圾回收器的守护线程执行的。
  • 在从内存回收一个对象之前会调用对象的finalize()方法。
  • System.gc()Runtime.gc()会向JVM发送执行GC的请求,但是JVM不保证一定会执行GC。
  • 如果堆没有内存创建新的对象了,会抛出OutOfMemoryError
  • JVM的参数-Xmx-Xms用来设置Java堆内存的初始大小和最大值。依据个人经验这个值的比例最好是1:1或者1:1.5
  • Java中不能手动触发GC,但可以用不同的引用类来辅助垃圾回收器工作(比如:弱引用或软引用)。

GC算法

  1. 标记清除算法
    分为标记和清除两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象。该算法的缺点是效率不高并且会产生不连续的内存碎片。

  2. 复制算法
    把内存空间划为两个区域,每次只使用其中一个区域。垃圾回收时,遍历当前使用区域,把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。算法每次只处理正在使用中的对象,因此复制成本比较小,同时复制过去以后还能进行相应的内存整理,不会出现“碎片”问题。
    优点:实现简单,运行高效。
    缺点:会浪费一定的内存。一般新生代采用这种算法。

  3. 标记整理算法
    标记阶段与标记清除算法一样。但后续并不是直接对可回收的对象进行清理,而是让所有存活对象都向一端移动,然后清理。优点是不会造成内存碎片。

Java对象是否存活的判断算法

引用计数算法(Java未采用)

这种算法的思路是如果某一个对象被别的对象引用,那么就把他们引用计数器加上1,这样当进行垃圾回收时如何判断该引用的数量为0,此时就代表没有进行任何对象对其进行引用,这种方法判断效率很高,在很多情况下是个不错的选择,例如微软的COM,AS3的FlashPlayer,Python语言等都是采用引用计数器进行判断的,java没有采用此用法的原因是他无法解决循环引用的问题。

根搜索算法

它把内存中的每一个对象都看作一个节点,并且定义了一些对象作为根节点GC Roots。JVM会起一个线程从所有的GC Roots开始往下遍历,当遍历完之后如果发现有一些对象不可到达,那么就认为这些对象已经没有用了,需要被回收。

在java中只有以下的对象才可以被作为GC Root:

  1. 虚拟机栈(栈帧中的本地方法表)中引用的对象。
  2. 方法区中类静态属性引用的对象。
  3. 方法区中常量引用的对象。
  4. 本地方法栈JNI(即一般说的Native方法)的引用对象。

Java中垃圾回收器的类型

JVM中的垃圾收集一般都采用“分代收集”,不同的堆内存区域采用不同的收集算法,主要目的就是为了增加吞吐量或降低停顿时间。

  1. Serial收集器
    新生代收集器,使用复制算法,使用一个线程进行GC,串行,其它工作线程暂停。

  2. ParNew收集器

    • 新生代收集器,使用复制算法,Serial收集器的多线程版,用多个线程进行GC,并行,其它工作线程暂停。
    • 使用-XX:+UseParNewGC开关来控制使用ParNew+Serial Old收集器组合收集内存;
    • 使用-XX:ParallelGCThreads来设置执行内存回收的线程数。
    • 除了Serial收集器外只有它能与CMS收集器配合工作。
  3. Parallel Scavenge 收集器

    • 新生代收集器,使用复制算法,并行的多线程收集器,吞吐量优先的垃圾回收器,关注CPU吞吐量,即吞吐量=运行用户代码的时间/(运行用户代码的时间+垃圾收集时间)。虚拟机总共运行了100分钟,垃圾回收花了1分钟,吞吐量就是99%。
    • 控制最大垃圾收集停顿时间: -XX:MaxGCPauseMillis参数
    • 直接设置吞吐量大小:-XX:GCTimeRatio参数
    • 控制GC的自适应调节策略: -XX:+UseAdaptiveSizePolicy ,当这个参数打开之后,就不需要手工指定新生代的大小(-Xmn)、Eden与Survivor区的比例(-XX:SurvivorRatio)、晋升老年代对象年龄(-XX:PretenureSizeThreshold)等细节参数了。虚拟机会根据当前系统的运行状况收集性能监控信息,动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量。
  4. Serial Old收集器
    老年代收集器,单线程收集器,串行,使用”标记-整理”算法,使用单线程进行GC,其它工作线程暂停。

  5. Parallel Old收集器
    Parallel Scavenge 收集器的老年代版本,使用多线程和”标记-整理算法”。吞吐量优先的垃圾回收器。

  6. CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器
    老年代收集器,致力于获取最短回收停顿时间(即缩短垃圾回收的时间),使用”标记-清除”算法,多线程,优点是并发收集(用户线程可以和GC线程同时工作),停顿小。

  7. G1收集器
    命名为Garbage First的原因:第一时间处理垃圾最多的区块。

G1相对于CMS的显著区别:

  • G1收集器是基于”标记-整理”算法实现是收集器,也就是说它不会产生空间碎片。
  • 它可以非常精确的控制停顿,即能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内,消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒
  • 它将Java堆(包括新生代、老年代)划分为多个大小固定的独立区域(Region),并且优先回收垃圾最多的区域。保证了在有限时间内的最高的收集效率。

待补充…