JVM3

一、垃圾回收概述 

1、垃圾对象：运行程序中没有任何指针指向的对象

2、垃圾回收区域： 方法区+堆空间

       频繁回收Young区

       较少回收old区

       基本不动Perm区（或元空间）

3、垃圾回收的两个阶段

  （1）标记阶段

        引用计数算法

        可达性分析算法

 （2）清除阶段

       标记-清除算法

       标记-复制算法

       标记-压缩算法

4、运行时数据区垃圾回收情况

   （1）方法区------------有GC+OOM（outofmemory内存溢出，堆溢出）

    （2）堆----------------有GC+OOM

    （3）程序计数器-------都没有

    （4）本地方法栈-------没有GC，有SOF（stack over flow栈溢出）

    （5）虚拟机栈------------没有GC，有SOF

5、内存溢出（OOM）

  （1）定义

         没有空闲的内存，且垃圾回收器也无法提供更多的内存

  （2）产生原因

•    JVM的堆内存设置不够

          内存溢出一般指堆内存，一般也会由内存泄露导致内存不足

•    创建了大量大对象，且存在被引用，长时间不能被GC收集

   （3）内存溢出是引发程序崩溃的原因之一

6、内存泄露（Memory Leak）

 （1）定义

    该对象不会再被程序用到了，但GC又不能回收他们

 （2）产生原因

    由于编码的习惯或疏忽，导致对象的声明周期很长，导致OOM---宽泛意义上内存泄露，但是存成了

   如：局部变量可以解决的，结果声明成全局变量或静态变量；有些对象没必要存到session区域，成会话级别的对象

  （3）内存泄露可能导致OOM，在超出内存空间时，才会导致

7、STM--stop the world

（1）定义

        只GC时间发生过程中，会产生应用程序的停顿

        停顿产生时，整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应。

（2）发生STW的场景

        可达性分析算法中，枚举根节点会导致所有java执行线程停顿

（3）STW一般是由JVM在后台自动发起或自动完成的

        手动调用System.gc（）也会导致SWT的发生

8、Systen.gc（） 

(1)触发Full GC

•    通过调用System.gc（）或Runtime.getRuntime.gc（）显示触发Full GC
•    Full GC：整个堆，对老年代和新生代同时进行回收，尝试释放被丢弃的对象所占用的内存

(2)Systen.gc（）可以触发Full GC进行垃圾回收，但是不确定是否马上执行gc

(3)一般是自动垃圾回收，很少手动调用Systen.gc（）

9、引用--强软弱虚   java.lang.ref

• 强引用（Strong Reference）---不回收

  （1）特点：

       无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾回收器就永远不会回收被引用的对象

         如，new的对象

 （2）强引用类型对象回收条件：

         没有引用关系或显示将引用复制为null

  （3）强引用是造成java内存泄露的主要原因之一

• 软引用（Soft Reference）---内存不足即回收

（1）特点：

      在系统将要发生内存溢出时，将存在此类引用的对象二次回收掉

     （一次回收将不可达对象的回收）

（2）软引用对象是非必需的对象

• 弱引用（Weak Reference）---发现即回收

（1）特点：

      只被该引用关联的对象只能存活到下一次垃圾收集之前，无论引用是否存在

（2）软引用对象是非必需的对象

（3）可以用来保存可有可无的缓存数据

         内存缓存（一级）----本地缓存（二级）---网络缓存（三级）

（4）WeakHashMap---利用的弱引用

                                     可以在内存不足时，及时回收数据，避免用强引用导致OOM发生

          HashMap---利用强引用

• 虚引用（Phantom Reference）--对象回收跟踪

（1）特点：

     一个对象是否有虚引用，完全不会影响一个对象的生存时间

（2）唯一目的

     在这个对象被收集器回收时接收到一个系统通知，相当于没有引用，设置个回收提醒而已

   [注]引用关系还在情况下，GC机制对带有以上不同引用的对象处理

二、垃圾标记阶段

 目的：区分出内存中哪些是存活对象，哪些是死亡对象

           当一个对象已经不在被任何的存活对象继续引用时，就是垃圾对象

（一）引用计数法（java中不用）

1、每个对象保存一个整型的引用计数器属性，用于记录对象被引用情况

2、当一个对象引用该对象，引用计数器就+1，当引用失效时，引用计数器就-1

    只要对象的引用计数器的值为0，则表示对象可进行回收

3、缺点

   （1）需要单独的字段存储计数器，增加空间开销 

   （2）经常更新计数器，增加增加开销

   （3）无法处理循环引用情况

（二）可达性分析（根搜索算法，追踪性垃圾收集）

1、可以解决循环引用问题

2、使用条件

    保证数据一致性

2、原理：

   以跟对象集合为起始点（GC Roots），

   按从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的对象是否可达

   可达---非垃圾；不可达---垃圾

3、根对象集合（GC Roots ）

   一组必须活跃的引用，主要有以下几类元素：

 （1）Java虚拟机栈中引用的对象 ：局部变量

 （2）本地方法栈中引用的对象：引用类型静态变量，类变量

   (3)方法区中引用的常量对象：字符串常量池里的引用

 （4）被同步锁synchronized持有的对象

   (5)分代收集和局部回收

4、MAT---可以查询GC Root  

     一款强大的Java堆内存分析器

 5、对象的状态

       可触及----不是垃圾

       可复活---是垃圾，但是可以通过调用重写的finalize（）复活

       不可触及--是垃圾，且已经调用了finalize（），但这个方法只能被调用一次，因此不可再复活

三、垃圾回收阶段

（一）标记-清除算法（Mark-Sweep）

   1、原理

      （1）当堆内存中的有效内存空间被耗尽时，就会停止整个程序（stop the world）

      （2）标记非垃圾对象：Cllector从引用根节点（GC Root）开始遍历，标记所有被引用的对象，在对象header中记录为可达对象

      （3）清除垃圾对象：Cllector遍历堆内存中所有对象，header中没有被标记为可达对象的，则被回收清除

   2、缺点：

    （1）需要停止整个应用程序，用户体验差

    （2）清理出的空闲内存不连续，产生内存碎片----需要维护空闲列表

    （3）遍历效率不算高，需要遍历两次

  3、清除

      清除不是真的置空，而是将需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表中 

      如果有新对象需要加载时，先判断垃圾空闲位置空间是否够，够就用新对象覆盖原来数据

（二）复制算法

     1、原理：

        （1）将内存分为两块，每次只使用其中一块

        （2）垃圾回收时，将正则使用的内存中存活对象复制到未被使用的内存块中，之后清除当前正在使用的内存块中所有对象，

               循环交换，完成垃圾回收

  2、优缺点：

   优：没有标记和清除过程，简单高效

        空间连续，不会出现碎片问题，可采用指针碰撞方式分配对象

  缺：需要两倍的内存空间

       只适合垃圾对象比较多的场景，这样复制算法复制的对象数量不会太大---适合在新生代中使用，不适合在老年代中使用

（三）标记-压缩算法（整理，mark-compact）

   1、原理

   （1）从根节点标记所有被引用的对象

   （2）将所有存活的对象整理到内存的一端，按顺序排放

   （3）清除所有未标记的垃圾对象

  2、优缺点

   优：解决了上两个算法的问题：对碎片化空间进行了整理，消除了复制算法的内存减半的代价

   缺点：效率偏低，移动对象的同时，引用该对象的其他对象要调整引用的地址

           移动过程中需要全程暂停用户程序 STW

四、回收算法的应用

（一）分代收集算法

   1、新生代---回收频繁---复制算法

   2、老年代---回收不频繁---标记-清除或标记-整理混合实现

（二）增量收集算法---降低延迟（GC产生的停顿时间）

  1、作用

       因为一次性处理所有垃圾时，会停掉所有程序，这造成系统长时间的停顿

       解决STM（stop the world）状态下的时间过长问题，即延迟时间较长      

 2、基本思想：

    每次垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程

    让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行，直至垃圾收集完成

3、使用的GC算法

    标记-清除和复制算法

    通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾收集线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作

 4、缺点：

     线程切换和上下文切换的消耗，使垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量下降

       

（三）分区算法-----降低延迟（GC产生的停顿时间）

1、作用

   主要解决GC所需要的停顿时间问题（STW）---降低延迟

2、基本思想

  （1）将一块大的内存区域分割成多个小块

  （2）设置目标停顿时间，根据这个时间每次合理地回收若干个小区间（region）

3、分区

    将一整块堆空间分成若干个region，不同的region盛放不同对象，如某几个region放同一类对象

    Eden---边缘区数据

    Survivor---新生代数据

    Old------老年代数据

    Humongous----大对象

   4、回收过程：

  （1）每次new对象时，会先放在eden区

     (2)当年轻代的Eden区快满时，出发Yong GC，发生STW标记可达对象，是垃圾---清除

     (3)将其中存活的对象复制移动到s0或s1区，谁空放在谁那里（to区），

         然后遍历标记另一survivor区，垃圾清除，存活则移动到to区（复制算法 ）

   （4）遍历时，form区的对象被回收超过15次依旧存活时（年龄计数器值=15），就转移到老年区

[注]

• s0和s1可分为from区和to区

         谁空谁是to区，循环调换

•   Young GC只有当eden区满的时候才会触发，survivor区满不会触发
•   老年代:年龄值15

       老年代空间不足时先触发Major GC----还不足OOM

5、不同GC触发条件

      <1>Young GC （Minor GC）---年轻代中eden区满【年轻代回收】

      <2>Old GC （Major GC）---老年代区满【老年代回收】

       <3>Full GC ---年轻代中eden区满【整个堆回收，包括年轻代和老年代】

6、触发Full GC条件

•  调用System.gc( )
• 老年代空间不足
• 方法区空间不足
• Minor GC后，进入老年代的平均大小>老年代可用内存