垃圾回收與內存分配——總結篇

垃圾回收與內存分配

• 垃圾回收與內存分配
  • 一些基礎
  • 垃圾回收算法
  • 垃圾回收器
  • 常見問題

一些基礎

• 對象的四種引用類型

  • 強引用，內存不足時報錯oom，但不會該類對象
  • 弱引用，當內存不足時纔會回收
  • 軟引用，無論內存是否充足，在gc都會回收
  • 虛引用，任什麼時候候均可以被回收

• 怎麼判斷對象是否仍在使用？

  • 引用計數法
    每一個對象有一個引用計數屬性，當被引用時計數+1，當引用釋放時-1。兩個對象互相循環使用時會致使對象沒法回收
  • 可達性分析——Java默認
    若從GC Roots向下搜索時，走過的路徑稱爲引用鏈。當對象沒有任何引用鏈時表明已不可用。

• 可做爲GC Roots的對象有哪幾類？

  • 虛擬機棧中引用的對象
  • 方法區類靜態屬性引用的對象
  • 方法區常量引用的對象
  • 本地方法中引用的對象

• 方法區回收的必要條件

  主要回收兩部份內容：廢棄的常量和再也不使用的類型。性價比很低

  • 該類全部實例都已被回收
  • 該類對應的類加載器已被回收（很難）
  • 沒法經過反射訪問該類（該類對應的java.lang,Class沒有被引用）

• 安全點和安全區域

  HotSpot沒有爲每一條指令生成OopMap，只在「特定位置」記錄了這些信息（OopMap可理解成附加信息，對棧內的數據進行說明），這些位置稱爲安全點，線程在安全點能夠被肯定，從而肯定GC Roots信息。

  • 安全點特定位置

    1. 循環的末尾
    2. 方法返回前
    3. 調用方法的Call以後
    4. 拋出異常的位置

  • 安全區域

  安全區域是指一段代碼片中，引用關係不會發生變化，在這個區域任何地方 GC 都是安全的，安全區域能夠看作是安全點的一個擴展

  • 線程中斷的方式
  1. 主動式：不對線程操做，簡單的設置一個標記位，線程不斷主動輪詢這個標誌位狀態，爲真時，線程在最近的安全點掛起
  2. 被動式：系統直接把全部線程中斷，如發現有的線程不在安全點時，就恢復執行到最近的安全點（不採用）

• 併發狀況下的可達性變更解決算法（G1和cms）

  • 增量空間算法——CMS
    當出現新的引用對象時，則記錄下該對象，待掃描結束後再以此爲根從新掃描一次
  • 原始快照算法——G1
    當出現刪除引用時，將要刪除的引用記錄下來，待掃描結束後再將該對象爲根從新掃描

垃圾回收算法

• 標記-清除算法
  標記須要回收的對象或不須要回收的對象，再統一清除。
  缺點：

  1. 效率不穩定，不管標記仍是清除，效率都會隨着對象增多而下降
  2. 內存空間碎片化

• 標記-複製算法
  把內存空間分爲兩塊，每次只使用其中一塊，當該塊內存不足後，把存活的對象複製到另外一塊，再把原空間一次性清除。
  優勢：沒有內存碎片。
  缺點：內存空間利用率低；當存活對象較多時，效率變低

• 標記-整理算法
  標記完成後，將存活的對象向一端移動，清除邊界之外的內容
  優勢：內存規整，對象賦值/建立速度快
  缺點：標記、清理效率不高

• 分代收集

  分代收集是將對象按照存活時間進行分代（新生代和老年代），根據不一樣區域的特色結合前三種算法進行收集

  • 新生代，每次垃圾收集都有大量對象死去，選用標記-複製算法

    新生代複製算法的改進：許多新生代的對象存活時間較短，不須要按照1:1的比例進行復制算法內存分配，可將內存分爲較大的Eden區和兩塊較小的Survivor，回收時將Eden 和 Survivor 中還存活着的對象一次性地複製到另一塊 Survivor 空間上，最後清理掉 Eden 和剛纔用過的 Survivor 空間

  • 老年代，對象存活率較高，沒有其他區域能夠進行分配擔保，使用標記-清除、標記-整理算法

垃圾回收器

• 新生代

  • Serial
    串行，標記複製算法。客戶端默認新生代收集器
  • ParNew
    並行，標記複製算法；只有ParNew和serial能夠配合CMS使用
  • Parallel Scavenge
    並行，標記複製算法；吞吐量優先收集器，可控制吞吐量（用戶代碼運行時間/總時間）
    1. 最大垃圾收集停頓時間參數[絕對值]
    2. 垃圾回收時間佔總時間比率參數[相對值]
    3. 自適應調節空間參數[布爾值]，開啓後可自動調節Eden、Survivor區域大小

• 老年代

  • Serial Old
    標記整理算法，主要供客戶端模式，若用於服務端：與Parallel Scavenge搭配使用；或者做爲CMS發生失敗後的與預案
  • Parallel Old
    標記整理算法，Parallel Scavenge的老年版
  • CMS

• CMS

  響應時間優先，標記清除算法。多用於B/S架構的服務端上

  • 四個步驟：
    1. 初始標記：STW，只標記GC Roots直接關聯到的對象
    2. 併發標記：與用戶線程一塊兒遍歷整個對象圖
    3. 從新標記：STW，修整併發標記期間，因用戶線程致使引用變化的部分（增量更新算法實現）
    4. 併發清除：與用戶線程並行，清除已死亡的對象
  • 三個缺點：
    1. 對處理器資源敏感，默認啓動線程數（處理器核心數+3）/4
    2. 產生浮動垃圾。併發標記和清除階段會與用戶線程一塊兒運行，因此須要預留一部分空間供用戶線程使用，當空間不足時，會臨時啓用預案：使用serial old進行標記整理
    3. 標記清除算法致使內存碎片。大對象不夠分配時，觸發full gc耗時。可設置參數，屢次清楚後，在下一次full gc前進行一次整理

• G1

  面向整個堆空間的Region佈局形式，每一個Region均可以扮演Eden、Survivor或老年代空間。容許設定收集停頓時間

  • 四個步驟：
  1. 初始標記：在minor gc階段只標記gc Roots引用的對象，因此不存在停頓
  2. 併發標記：與用戶線程併發執行，標記完成後處理SATB（原始快照算法）記錄在併發時有變更的對象
  3. 最終標記：STW（短暫），處理併發結束後仍遺留的少許SATB記錄
  4. 篩選回收：STW，對各Region的回收價值與成本進行排序，根據指望停頓時間指定回收計劃。將存活對象複製到空閒Region後，清除原Region

常見問題

• finalize() 方法何時被調用？它的目的是什麼？
  對象被釋放前被垃圾回收器調用，目的是釋放該對象所持有的資源（對外內存、長鏈接等），且該方法只會被調用一次。（不建議使用）
• 爲何要有不一樣的引用類型？ 因爲gc回收時機不可控，且有時候須要適當的控制對象被回收的時機。好比新建 Person類，每次查詢信息都須要從新構建實例，對象生命週期太短，引發巨大的消耗。聽過軟引用和HashMap的結合能夠構建高速緩存，提高性能。