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05.垃圾回收.md

File metadata and controls

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垃圾回收

引用计数法：

​ 为每个对象添加一个引用计数器，来统计指向该对象的引用个数，一旦某个对象引用器为0时，则说明这个对象已经死了，需要回收

​ 问题：无法解决 循环引用 问题

​ 如果a和b互相引用，当a和b实际已经死了的情况下，他们的引用计数都不为0，会导致无法回收，最终导致内存泄露

可达性分析：

​ GC Roots（起始存活对象集合 live set）-> 从这个集合开始探索所有能够被该集合引用的对象，并将其加入该集合中（标记Mark）；最终未被探索到的对象便是死亡的，可回收

​ 多线程环境下存在误报（将引用设置为null）和漏报（将引用设置为未被访问过的对象-新对象）

安全点：

​ 解决多线程环境下漏报问题

​ 传统的解决方法：Stop-the-world 即停止其他非垃圾回收线程的工作，直到完成垃圾回收，造成了垃圾回收的暂停时间（GC pause）

​ 安全点（safepoint）机制，Java虚拟机收到Stop-the-world请求，便会等待所有的线程到达安全点，才允许请求Stop-the-world的线程进行独占的工作；

​ 安全点的定义：虚拟机定义了一下情况为安全点，并对应一写安全点的检测机制（当有安全点请求时，执行一条字节码便进行一次安全点的检测）

回收：
  • 清除（sweep）：将死亡对象的内存标记为空闲内存，并记录到空闲列表（free list）中
    • 缺点：
      • 造成内存碎片：JVM的堆中对象必须是连续分布的，所有可能出现总空闲内存很多，但是无法分配的极端情况
      • 分配效率低：需要逐个访问空闲列表中的项，来查找能够分配新建对象的空闲内存（如果是一块连续的内存，直接进行指针加法（pointer bumping）来做分配）
  • 压缩（compact）：将存活的对象聚集到内存区域的起始位置
    • 优点：减少内存碎片化问题
    • 缺点：压缩算法的性能开销
  • 复制（copy）：将内存分成两等分，分别用from和to两个指针来维护两块内存，只有from区域的内存可以用来分配，当发生垃圾回收时，便将存活的对象复制到to指针指向的内存中，并交换from和to的指针内容
    • 缺点：内存使用率低

现代垃圾回收器会综合上述几种回收方式，取优点规避缺点。

分代回收：

​ 大部分Java对象只存活一小段时间，而存活下来的小部分对象则会存活很长一段时间。

  • 新生代
    • 猜测大部分对象只存在一小段时间，便可以频繁的采用耗时短的垃圾回收算法，让大部分垃圾能够在新生代被回收掉
  • 老年代
    • 猜测大部分垃圾已经在新生代被回收了；当触发老年代回收时，表明签名的猜测错误或者堆内存已经耗尽，这时JVM会进行一次全堆扫描，耗时将不计成本（现代垃圾回收器都是并发收集，来避免全堆扫描）
Minor GC：（新生代）

  • 堆划分

    • Java虚拟机堆划分：新生代 + 老年代
    • 新生代划分：Eden区 + 两个大小相同的Survivor区
    • 默认情况下，JVM采用动态分配策略（-XX:+UsePSAdaptiveSurvivorSizePolicy），根据对象的生成速率，以及Survivor区的使用情况动态调整Eden区和Survivor区的比例

  • 内存分配：

    • 当我们new一个对象时，会在Eden区划出一块作为存储对象的内存，由于堆空间是内存共享的，所有需要进行同步，否则就会出现两个对象公用一块内存的事故；
      • 解决：每个线程预先申请内存区域（连续的，加锁申请），当用完时，继续预申请内存（这项技术：TLAB，Thread Local Allcoation Buffer，对应虚拟机参数 -XX:+UseTLAB，默认开启）
    • 当Eden空间耗尽，这时，JVM会触发一次 Minor GC，回收垃圾，存活下来的对象会被送到Survivor区
    • 两块Survivor区
      • 分别标识为 from 和 to
      • 当发生Minor GC时，Eden区和from指向的Survivor区中的存活对象会被复制到to指向的Survivor区中，然后交换from和to的指针，以保证下次Minor GC时，to指向的Survivor区还是空的
      • JVM会记录Survivor区中的对象一共被来回复制了几次，如果一个对象被复制的次数为15（-XX:+MaxTenuringThreshold），则该对象将被晋升到老年代，其次如果单Survivor区被占用50%（-XX:TargetSurvivorRatio），那么较高复制次数的对象也会被晋升到老年代

  • 卡表（新生代垃圾回收时，老年代有可能引用了新生代，也就标记存活对象时，我们需要扫描老年代的对象，这样会导致扫描整个老年代）

    • 大致（推测）标志出可能存在的老年代新生代引用的内存区域
垃圾回收器：
  • 新生代垃圾回收器：（标记-复制算法）
    • Serial：单线程 -XX:UseSerialGC
    • Parallel Scavenge：多线程，吞吐量大于Parallel New，但不能与CMS一起使用
    • Parallel New：多线程 -XX:UseParNewGC
  • 老年代垃圾回收器：
    • Serial Old：标记-压缩算法，单线程
    • Paralle Old：标记-压缩算法，多线程 UseParallelGC
    • CMS：标记-清除算法，并发的，可在应用程序运行过程中进行垃圾回收；并发收集失败时，虚拟机会使用其他两个压缩型垃圾回收器进行一次垃圾回收
    • G1（Garbage First）：
      • 标记-压缩算法
      • 横跨新生代和老年代的垃圾回收器
      • 打乱前面的堆结构，直接将堆分成极其多个区域（通常是几百个），这些区域是固定大小的（默认情况下大约为2MB），每个区域都可以充当Eden区、Survivor区或者老年代中的一个；G1能够对每个细分的区域进行垃圾回收，且优先回收死亡对象较多的区域
      • 在程序运行中并行进行垃圾回收
      • G1还有一个较关键的参数是-XX:MaxGCPauseMillis = n，这个参数是用来限制最大的GC暂停时间，目的是尽量不影响请求处理的响应时间。G1将根据先前收集的信息以及检测到的垃圾量，估计它可以立即收集的最大区域数量，从而尽量保证GC时间不会超出这个限制。因此G1相对来说更加“智能”，使用起来更加简单。
      • 由于G1的出现，CMS在Java9被废弃了
    • ZGC：
      • Java11采用，暂停时间不超过10ms
其他：

JNI（Java Native Interface）中传入的引用类型参数，或者JNI函数创建的Java对象，JNI采用局部引用与全局引用来告知垃圾回收器，不要回收这些C代码中可能引用到的Java对象，垃圾回收算法将标记这两种引用指向的对象为不可回收。