2021-2-26：爲何須要 System.gc() ？

JVM 默認啓動參數中，DisableExplicitGC 爲 false，ExplicitGCInvokesConcurrent 爲 false，對於大多數 GC （除了 ZGC 的其餘 GC，包括 CMS，G1，Shenandoah GC 等等），都是會進行 FullGC 的，而且都是同步 GC 的，其中底層的原理會在另外一篇詳細分析，咱們先來搞清楚爲何要留這樣一個接口呢？

1. 使用並管理堆外內存的框架，須要 Full GC 的機制觸發堆外內存回收

JVM 的內存，不止堆內存，還有其餘不少塊，經過 Native Memory Tracking 能夠看到：

Native Memory Tracking:

Total: reserved=6308603KB, committed=4822083KB
-                 Java Heap (reserved=4194304KB, committed=4194304KB)
                            (mmap: reserved=4194304KB, committed=4194304KB) 

-                     Class (reserved=1161041KB, committed=126673KB)
                            (classes #21662)
                            (  instance classes #20542, array classes #1120)
                            (malloc=3921KB #64030) 
                            (mmap: reserved=1157120KB, committed=122752KB) 
                            (  Metadata:   )
                            (    reserved=108544KB, committed=107520KB)
                            (    used=105411KB)
                            (    free=2109KB)
                            (    waste=0KB =0.00%)
                            (  Class space:)
                            (    reserved=1048576KB, committed=15232KB)
                            (    used=13918KB)
                            (    free=1314KB)
                            (    waste=0KB =0.00%)

-                    Thread (reserved=355251KB, committed=86023KB)
                            (thread #673)
                            (stack: reserved=353372KB, committed=84144KB)
                            (malloc=1090KB #4039) 
                            (arena=789KB #1344)

-                      Code (reserved=252395KB, committed=69471KB)
                            (malloc=4707KB #17917) 
                            (mmap: reserved=247688KB, committed=64764KB) 

-                        GC (reserved=199635KB, committed=199635KB)
                            (malloc=11079KB #29639) 
                            (mmap: reserved=188556KB, committed=188556KB) 

-                  Compiler (reserved=2605KB, committed=2605KB)
                            (malloc=2474KB #2357) 
                            (arena=131KB #5)

-                  Internal (reserved=3643KB, committed=3643KB)
                            (malloc=3611KB #8683) 
                            (mmap: reserved=32KB, committed=32KB) 

-                     Other (reserved=67891KB, committed=67891KB)
                            (malloc=67891KB #2859) 

-                    Symbol (reserved=26220KB, committed=26220KB)
                            (malloc=22664KB #292684) 
                            (arena=3556KB #1)

-    Native Memory Tracking (reserved=7616KB, committed=7616KB)
                            (malloc=585KB #8238) 
                            (tracking overhead=7031KB)

-               Arena Chunk (reserved=10911KB, committed=10911KB)
                            (malloc=10911KB) 

-                   Tracing (reserved=25937KB, committed=25937KB)
                            (malloc=25937KB #8666) 

-                   Logging (reserved=5KB, committed=5KB)
                            (malloc=5KB #196) 

-                 Arguments (reserved=18KB, committed=18KB)
                            (malloc=18KB #486) 

-                    Module (reserved=532KB, committed=532KB)
                            (malloc=532KB #3579) 

-              Synchronizer (reserved=591KB, committed=591KB)
                            (malloc=591KB #4777) 

-                 Safepoint (reserved=8KB, committed=8KB)
                            (mmap: reserved=8KB, committed=8KB)

• Java Heap: 堆內存，即-Xmx限制的最大堆大小的內存。
• Class：加載的類與方法信息，其實就是 metaspace，包含兩部分： 一是 metadata，被-XX:MaxMetaspaceSize限制最大大小，另外是 class space，被-XX:CompressedClassSpaceSize限制最大大小
• Thread：線程與線程棧佔用內存，每一個線程棧佔用大小受-Xss限制，可是總大小沒有限制。
• Code：JIT 即時編譯後（C1 C2 編譯器優化）的代碼佔用內存，受-XX:ReservedCodeCacheSize限制
• GC：垃圾回收佔用內存，例如垃圾回收須要的 CardTable，標記數，區域劃分記錄，還有標記 GC Root 等等，都須要內存。這個不受限制，通常不會很大的。
• Compiler：C1 C2 編譯器自己的代碼和標記佔用的內存，這個不受限制，通常不會很大的
• Internal：命令行解析，JVMTI 使用的內存，這個不受限制，通常不會很大的
• Symbol: 常量池佔用的大小，字符串常量池受-XX:StringTableSize個數限制，總內存大小不受限制
• Native Memory Tracking：內存採集自己佔用的內存大小，若是沒有打開採集（那就看不到這個了，哈哈），就不會佔用，這個不受限制，通常不會很大的
• Arena Chunk：全部經過 arena 方式分配的內存，這個不受限制，通常不會很大的
• Tracing：全部採集佔用的內存，若是開啓了 JFR 則主要是 JFR 佔用的內存。這個不受限制，通常不會很大的
• Logging，Arguments，Module，Synchronizer，Safepoint，Other，這些通常咱們不會關心。

除了 Native Memory Tracking 記錄的內存使用，還有兩種內存 Native Memory Tracking 沒有記錄，那就是：

• Direct Buffer：直接內存
• MMap Buffer：文件映射內存

針對除了堆內存之外，其餘的內存，有些也是須要 GC 的。例如：MetaSpace，CodeCache，Direct Buffer，MMap Buffer 等等。早期在 Java 8 以前的 JVM，對於這些內存回收的機制並不完善，不少狀況下都須要 FullGC 掃描整個堆才能肯定這些區域中哪些內存能夠回收。

有一些框架，大量使用並管理了這些堆外空間。例如 netty 使用了 Direct Buffer，Kafka 和 RocketMQ 使用了 Direct Buffer 和 MMap Buffer。他們都是提早從系統申請好一塊內存，以後管理起來並使用。在空間不足時，繼續向系統申請，而且也會有縮容。例如 netty，在使用的 Direct Buffer 達到-XX:MaxDirectMemorySize的限制以後，則會先嚐試將不可達的Reference對象加入Reference鏈表中，依賴Reference的內部守護線程觸發能夠被回收DirectByteBuffer關聯的Cleaner的run()方法。若是內存仍是不足， 則執行System.gc()，指望觸發full gc，來回收堆內存中的DirectByteBuffer對象來觸發堆外內存回收，若是仍是超過限制，則拋出java.lang.OutOfMemoryError.

2. 使用了 WeakReference， SoftReference 的程序，須要相應的 GC 回收。

對於 WeakReference，只要發生 GC，不管是 Young GC 仍是 FullGC 就會被回收。SoftReference 只有在 FullGC 的時候纔會被回收。當咱們程序想主動對於這些引用進行回收的時候，須要能觸發 GC 的方法，這就用到了System.gc()。

3. 測試，學習 JVM 機制的時候

有些時候，咱們爲了測試，學習 JVM 的某些機制，須要讓 JVM 作一次 GC 以後開始，這也會用到System.gc()。

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