拉圾回收概述

什么是垃圾

垃圾收集，不是Java語(yǔ)言的伴生產(chǎn)物。早在1960年，第一門(mén)開(kāi)始使用內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和垃圾收集技術(shù)的Lisp語(yǔ)言誕生。

關(guān)于垃圾收集有三個(gè)經(jīng)典問(wèn)題:

哪些內(nèi)存需要回收?
什么時(shí)候回收?
如何回收?

垃圾收集機(jī)制是Java的招牌能力，極大地提高了開(kāi)發(fā)效率。如今，垃圾收集幾乎成為現(xiàn)代語(yǔ)言的標(biāo)配，即使經(jīng)過(guò)如此長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，Java的垃圾收集機(jī)制仍然在不斷的演進(jìn)中，不同大小的設(shè)備、不同特征的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)垃圾收集提出了新的挑戰(zhàn)，這當(dāng)然也是面試的熱點(diǎn)。

什么是垃圾（ Garbage)呢?

垃圾是指在運(yùn)行程序中沒(méi)有任何指針指向的對(duì)象，這個(gè)對(duì)象就是需要被回收的垃圾。
外文: An object is considered garbage when it can no longer be reached from any pointer in the runningprogram.

如果不及時(shí)對(duì)內(nèi)存中的垃圾進(jìn)行清理，那么，這些垃圾對(duì)象所占的內(nèi)存空間會(huì)一直保留到應(yīng)用程序結(jié)束，被保留的空間無(wú)法被其他對(duì)象使用。甚至可能導(dǎo)致內(nèi)存溢出。

磁盤(pán)碎片整理的日子

為什么需要GC

想要學(xué)習(xí)GC，首先需要理解為什么需要GC?

對(duì)于高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，一個(gè)基本認(rèn)知是如果不進(jìn)行垃圾回收，內(nèi)存遲早都會(huì)被消耗完，因?yàn)椴粩嗟胤峙鋬?nèi)存空間而不進(jìn)行回收，就好像不停地生產(chǎn)生活垃圾而從來(lái)不打掃一樣。

除了釋放沒(méi)用的對(duì)象，垃圾回收也可以清除內(nèi)存里的記錄碎片。碎片整理將所占用的堆內(nèi)存移到堆的一端，以便JVM將整理出的內(nèi)存分配給新的對(duì)象。

隨著應(yīng)用程序所應(yīng)付的業(yè)務(wù)越來(lái)越龐大、復(fù)雜，用戶(hù)越來(lái)越多，沒(méi)有GC就不能保證應(yīng)用程序的正常進(jìn)行。而經(jīng)常造成STW的GC又跟不上實(shí)際的需求，所以才會(huì)不斷地嘗試對(duì)GC進(jìn)行優(yōu)化。

早期垃圾回收

在早期的C/C++時(shí)代，垃圾回收基本上是手工進(jìn)行的。開(kāi)發(fā)人員可以使用new關(guān)鍵字進(jìn)行內(nèi)存申請(qǐng)，并使用delete關(guān)鍵字進(jìn)行內(nèi)存釋放。比如以下代碼:

這種方式可以靈活控制內(nèi)存釋放的時(shí)間，但是會(huì)給開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)頻繁申請(qǐng)和釋放內(nèi)存的管理負(fù)擔(dān)。倘若有一處內(nèi)存區(qū)間由于程序員編碼的問(wèn)題忘記被回收，那么就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄漏，垃圾對(duì)象永遠(yuǎn)無(wú)法被清除，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，垃圾對(duì)象所耗內(nèi)存可能持續(xù)上升，直到出現(xiàn)內(nèi)存溢出并造成應(yīng)用程序崩潰。

在有了垃圾回收機(jī)制后，上述代碼塊極有可能變成這樣:

現(xiàn)在，除了Java以外，C#、Python、Ruby等語(yǔ)言都使用了自動(dòng)垃圾回收的思想，也是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。可以說(shuō)，這種自動(dòng)化的內(nèi)存分配和垃圾回收的方式己經(jīng)成為現(xiàn)代開(kāi)發(fā)語(yǔ)言必備的標(biāo)準(zhǔn)。

Java垃圾回收機(jī)制

自動(dòng)內(nèi)存管理，無(wú)需開(kāi)發(fā)人員手動(dòng)參與內(nèi)存的分配與回收，這樣降低內(nèi)存泄漏和內(nèi)存溢出的風(fēng)險(xiǎn)

沒(méi)有垃圾回收器，java也會(huì)和cpp一樣，各種懸垂指針，野指針，泄露問(wèn)題
讓你頭疼不已。

自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制，將程序員從繁重的內(nèi)存管理中釋放出來(lái)，可以更專(zhuān)心地專(zhuān)注于業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)

擔(dān)憂(yōu)(對(duì)于java開(kāi)發(fā)人員)

對(duì)于Java開(kāi)發(fā)人員而言，自動(dòng)內(nèi)存管理就像是一個(gè)黑匣子，如果過(guò)度依賴(lài)于“自動(dòng)”，那么這將會(huì)是一場(chǎng)災(zāi)難，最嚴(yán)重的就會(huì)弱化Java開(kāi)發(fā)人員在程序出現(xiàn)內(nèi)存溢出時(shí)定位問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

此時(shí)，了解JVM的自動(dòng)內(nèi)存分配和內(nèi)存回收原理就顯得非常重要，只有在真正了解JVM是如何管理內(nèi)存后，我們才能夠在遇見(jiàn)outofMemoryError時(shí)，快速地根據(jù)錯(cuò)誤異常日志定位問(wèn)題和解決問(wèn)題。

當(dāng)需要排查各種內(nèi)存溢出、內(nèi)存泄漏問(wèn)題時(shí)，當(dāng)垃圾收集成為系統(tǒng)達(dá)到更高并發(fā)量的瓶頸時(shí)，我們就必須對(duì)這些“自動(dòng)化”的技術(shù)實(shí)施必要的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

垃圾回收器可以對(duì)年輕代回收，也可以對(duì)老年代回收，甚至是全堆和方法區(qū)的回收。

其中，Java堆是垃圾收集器的工作重點(diǎn)。

從次數(shù)上講:

頻繁收集Young區(qū)
較少收集old區(qū)
基本不動(dòng)Perm區(qū)(或者元空間)

垃圾回收相關(guān)算法

標(biāo)記階段:引用計(jì)數(shù)算法

垃圾標(biāo)記階段:對(duì)象存活判斷

在堆里存放著幾乎所有的Java對(duì)象實(shí)例，在GC執(zhí)行垃圾回收之前，首先需要區(qū)分出內(nèi)存中哪些是存活對(duì)象，哪些是已經(jīng)死亡的對(duì)象。只有被標(biāo)記為己經(jīng)死亡的對(duì)象，GC才會(huì)在執(zhí)行垃圾回收時(shí)，釋放掉其所占用的內(nèi)存空間，因此這個(gè)過(guò)程我們可以稱(chēng)為垃圾標(biāo)記階段。

那么在JVM中究竟是如何標(biāo)記一個(gè)死亡對(duì)象呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象已經(jīng)不再被任何的存活對(duì)象繼續(xù)引用時(shí)，就可以宣判為已經(jīng)死亡。

判斷對(duì)象存活一般有兩種方式:引用計(jì)數(shù)算法和可達(dá)性分析算法。

方式一:引用計(jì)數(shù)算法(java不使用這類(lèi)算法)

引用計(jì)數(shù)算法(Reference Counting)比較簡(jiǎn)單，對(duì)每個(gè)對(duì)象保存一個(gè)整型的 引用計(jì)數(shù)器屬性。用于記錄對(duì)象被引用的情況。

原理:
對(duì)于一個(gè)對(duì)象A，只要有任何一個(gè)對(duì)象引用了A，則A的引用計(jì)數(shù)器就加1;當(dāng)引用失效時(shí)，引用計(jì)數(shù)器就減1。只要對(duì)象A的引用計(jì)數(shù)器的值為0，即表示對(duì)象A不可能再被使用，可進(jìn)行回收。

優(yōu)點(diǎn):

實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，垃圾對(duì)象便于辨識(shí);判定效率高，回收沒(méi)有延遲性。

缺點(diǎn):

它需要單獨(dú)的字段存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器，這樣的做法增加了存儲(chǔ)空間的開(kāi)銷(xiāo)。
每次賦值都需要更新計(jì)數(shù)器，伴隨著加法和減法操作，這增加了時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。
引用計(jì)數(shù)器有一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，即無(wú)法處理循環(huán)引用的情況。這是一條致命缺陷，導(dǎo)致在Java的垃圾回收器中沒(méi)有使用這類(lèi)算法。

循環(huán)引用

java由于不用引用計(jì)數(shù)算法,所以不會(huì)出現(xiàn)下面這類(lèi)的內(nèi)存泄露情況

java代碼解釋 沒(méi)有使用引用計(jì)數(shù)算法

運(yùn)行結(jié)果

結(jié)論:
由GC打印信息的,代碼中的循環(huán)依耐的對(duì)象被GC回收了,反向說(shuō)明java不是使用的引用計(jì)數(shù)算法來(lái)判斷對(duì)象存活

圖示

如果不下小心直接把Obj1-reference和obj2-reference置null。則在Java堆當(dāng)中的兩塊內(nèi)存依然保持著互相引用，無(wú)法回收。

小結(jié)

引用計(jì)數(shù)算法，是很多語(yǔ)言的資源回收選擇，例如因人工智能而更加火熱的Python，它更是同時(shí)支持引用計(jì)數(shù)和垃圾收集機(jī)制。

具體哪種最優(yōu)是要看場(chǎng)景的，業(yè)界有大規(guī)模實(shí)踐中僅保留引用計(jì)數(shù)機(jī)制，以提高吞吐量的嘗試。

Java并沒(méi)有選擇引用計(jì)數(shù)，是因?yàn)槠浯嬖谝粋€(gè)基本的難題，也就是很難處理循環(huán)引用關(guān)系。

Python如何解決循環(huán)引用?

手動(dòng)解除:很好理解，就是在合適的時(shí)機(jī)，解除引用關(guān)系。
使用弱引用weakref， weakref是Python提供的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，旨在解決循環(huán)引用。

標(biāo)記階段:可達(dá)性分析算法

方式二∶可達(dá)性分析(或根搜索算法、追蹤性垃圾收集)

相對(duì)于引用計(jì)數(shù)算法而言，可達(dá)性分析算法不僅同樣具備實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單和執(zhí)行高效等特點(diǎn)，更重要的是該算法可以有效地解決在引用計(jì)數(shù)算法中循環(huán)引用的問(wèn)題，防止內(nèi)存泄漏的發(fā)生。

相較于引用計(jì)數(shù)算法，這里的可達(dá)性分析就是Java、C#選擇的。這種類(lèi)型的垃圾收集通常也叫作追蹤性垃圾收集（ Tracing Garbagecollection) 。

所謂"GC Roots"根集合就是一組必須活躍的引用。

基本思路:

可達(dá)性分析算法是以根對(duì)象集合(GC Roots)為起始點(diǎn)，按照從上全下的方式搜索被根對(duì)象集合所連接的目標(biāo)對(duì)象是否可達(dá)。
使用可達(dá)性分析算法后，內(nèi)存中的存活對(duì)象都會(huì)被根對(duì)象集合直接或間接連接著，搜索所走過(guò)的路徑稱(chēng)為引用鏈(Reference Chain)
如果目標(biāo)對(duì)象沒(méi)有任何引用鏈相連，則是不可達(dá)的，就意味著該對(duì)象己經(jīng)死亡，可以標(biāo)記為垃圾對(duì)象。
在可達(dá)性分析算法中，只有能夠被根對(duì)象集合直接或者間接連接的對(duì)象才是存活對(duì)象。

GC Roots

在Java 語(yǔ)言中，GC Roots包括以下幾類(lèi)元素:
虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象

比如:各個(gè)線(xiàn)程被調(diào)用的方法中使用到的參數(shù)、局部變量等。

本地方法棧內(nèi)JNI(通常說(shuō)的本地方法)引用的對(duì)象

方法區(qū)中類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象

比如: Java類(lèi)的引用類(lèi)型靜態(tài)變量

方法區(qū)中常量引用的對(duì)象

比如:字符串常量池（(string Table）里的引用

所有被同步鎖synchronized持有的對(duì)象

Java虛擬機(jī)內(nèi)部的引用。

基本數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)應(yīng)的class對(duì)象，一些常駐的異常對(duì)象（如:NullPointerException、outofMemoryError），系統(tǒng)類(lèi)加載器

反映java虛擬機(jī)內(nèi)部情況的JMXBean、JVMTI中注冊(cè)的回調(diào)、本地代碼緩存等。

除了這些固定的GC Roots集合以外，根據(jù)用戶(hù)所選用的垃圾收集器以及當(dāng)前回收的內(nèi)存區(qū)域不同，還可以有其他對(duì)象“臨時(shí)性”地加入，共同構(gòu)成完整GC Roots集合。比如:分代收集和局部回收（Partial GC）。

如果只針對(duì)Java堆中的某一塊區(qū)域進(jìn)行垃圾回收（比如:典型的只針
對(duì)新生代），必須考慮到內(nèi)存區(qū)域是虛擬機(jī)自己的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，更不是孤立封閉的，這個(gè)區(qū)域的對(duì)象完全有可能被其他區(qū)域的對(duì)象所引用，這時(shí)候就需要一并將關(guān)聯(lián)的區(qū)域?qū)ο笠布尤隚C Roots集合中去考慮，才能保證可達(dá)性分析的準(zhǔn)確性。

小技巧:
由于Root采用棧方式存放變量和指針，所以如果一個(gè)指針，它保存了堆內(nèi)存里面的對(duì)象，但是自己又不存放在堆內(nèi)存里面，那它就是一個(gè)Root

注意:

如果要使用可達(dá)性分析算法來(lái)判斷內(nèi)存是否可回收，那么分析工作必須在一個(gè)能保障一致性的快照中進(jìn)行。這點(diǎn)不滿(mǎn)足的話(huà)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性就無(wú)法保證。
這點(diǎn)也是導(dǎo)致GC進(jìn)行時(shí)必須"stop The world"的一個(gè)重要原因。

即使是號(hào)稱(chēng)（幾乎）不會(huì)發(fā)生停頓的CMS收集器中，枚舉根節(jié)點(diǎn)時(shí)也是必須要停頓的。

對(duì)象的finalization機(jī)制

Java語(yǔ)言提供了對(duì)象終止（finalization）機(jī)制來(lái)允許開(kāi)發(fā)人員提供對(duì)象被銷(xiāo)毀之前的自定義處理邏輯。

當(dāng)垃圾回收器發(fā)現(xiàn)沒(méi)有引用指向一個(gè)對(duì)象，即:垃圾回收此對(duì)象之前，總會(huì)先調(diào)用這個(gè)對(duì)象的finalize()方法。

finalize()方法允許在子類(lèi)中被重寫(xiě)，**用于在對(duì)象被回收時(shí)進(jìn)行資源釋放。**通常在這個(gè)方法中進(jìn)行一些資源釋放和清理的工作，比如關(guān)閉文件、套接字和數(shù)據(jù)庫(kù)連接等。

永遠(yuǎn)不要主動(dòng)調(diào)用某個(gè)對(duì)象的finalize ()方法，應(yīng)該交給垃圾回收機(jī)制調(diào)用.理由包括下面三點(diǎn):

在finalize ()時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)象復(fù)活。
finalize ()方法的執(zhí)行時(shí)間是沒(méi)有保障的，它完全由GC線(xiàn)程決定，極端情況下，若不發(fā)生GC，則finalize ()方法將沒(méi)有執(zhí)行機(jī)會(huì)。
一個(gè)糟糕的finalize ()會(huì)嚴(yán)重影響Gc的性能。

從功能上來(lái)說(shuō)，finalize()方法與C++中的析構(gòu)函數(shù)比較相似，但是Java采用的是基于垃圾回收器的自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制，所以finalize ()方法在本質(zhì)上不同于c++中的析構(gòu)函數(shù)。

由于finalize ()方法的存在，虛擬機(jī)中的對(duì)象一般處于三種可能的狀態(tài)。

虛擬機(jī)中的對(duì)象一般處于三種可能的狀態(tài)。

如果從所有的根節(jié)點(diǎn)都無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)到某個(gè)對(duì)象，說(shuō)明對(duì)象己經(jīng)不再使用了。一般來(lái)說(shuō)，此對(duì)象需要被回收。但事實(shí)上，也并非是“非死不可”的，這時(shí)候它們暫時(shí)處于“緩刑”階段。一個(gè)無(wú)法觸及的對(duì)象有可能在某一個(gè)條件下“復(fù)活”自己，如果這樣，那么對(duì)它的回收就是不合理的，為此，定義虛擬機(jī)中的對(duì)象可能的三種狀態(tài)。如下:

可觸及的:從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，可以到達(dá)這個(gè)對(duì)象。

可復(fù)活的:對(duì)象的所有引用都被釋放，但是對(duì)象有可能在finalize ()中復(fù)活。

不可觸及的:對(duì)象的finalize ()被調(diào)用，并且沒(méi)有復(fù)活，那么就會(huì)進(jìn)入不可觸及狀態(tài)。不可觸及的對(duì)象不可能被復(fù)活，因?yàn)?strong>finalize()只會(huì)被調(diào)用一次。

以上3種狀態(tài)中，是由于finalize ()方法的存在，進(jìn)行的區(qū)分。只有在對(duì)象不可觸及時(shí)才可以被回收。

具體過(guò)程

判定一個(gè)對(duì)象objA是否可回收，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過(guò)程:

1．如果對(duì)象objA到 GC Roots沒(méi)有引用鏈，則進(jìn)行第一次標(biāo)記。

2．進(jìn)行篩選，判斷此對(duì)象是否有必要執(zhí)行finalize ()方法

① 如果對(duì)象objA沒(méi)有重寫(xiě)finalize()方法，或者finalize()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過(guò)，則虛擬機(jī)視為“沒(méi)有必要執(zhí)行”，objA被判定為不可觸及的。

② 如果對(duì)象objA重寫(xiě)了finalize()方法，且還未執(zhí)行過(guò)，那么objA會(huì)被插入到F-Queue隊(duì)列中，由一個(gè)虛擬機(jī)自動(dòng)創(chuàng)建的、低優(yōu)先級(jí)的Finalizer線(xiàn)程觸發(fā)其finalize()方法執(zhí)行。

③ finalize()方法是對(duì)象逃脫死亡的最后機(jī)會(huì)，稍后cc會(huì)對(duì)F-Queue隊(duì)列中的對(duì)象進(jìn)行第二次標(biāo)記。如果objA在finalize()方法中與引用鏈上的任何一個(gè)對(duì)象建立了聯(lián)系，那么在第二次標(biāo)記時(shí)，objA會(huì)被移出“即將回收”集合。之后，對(duì)象會(huì)再次出現(xiàn)沒(méi)有引用存在的情況。在這個(gè)情況下，finalize方法不會(huì)被再次調(diào)用，對(duì)象會(huì)直接變成不可觸及的狀態(tài)，也就是說(shuō)，一個(gè)對(duì)象的finalize方法只會(huì)被調(diào)用一次。

代碼演示具體過(guò)程

package com.fs.demo01;/***測(cè)試object類(lèi)中finalize()方法,測(cè)試對(duì)象的finalizeion機(jī)制*/ public class CanReliveObj {public static CanReliveObj obj;//類(lèi)變量@Overrideprotected void finalize() throws Throwable {super.finalize();System.out.println("調(diào)用當(dāng)前類(lèi)重寫(xiě)的finalize()方法");obj = this;}public static void main(String[] args) {try {//對(duì)象第一次成功拯救自己obj = new CanReliveObj();obj = null;//調(diào)用垃圾回收器System.gc();System.out.println("第一次 GC");//因?yàn)镕inalizer線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)很低，暫停2秒，以等待它Thread.sleep(2000);if (obj == null) {System.out.println( "obj is dead" );}else {System.out.println( "obj is still alive" );}System.out.println("第2次gc");//下面這段代碼與上面的完全相同，但是這次自救卻失敗了obj = null;System.gc();//因?yàn)镕inalizer線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)很低，暫停2秒，以等待它Thread.sleep( 2000) ;if (obj == null) {System.out.println("obj is dead" );} else {System.out.println( "obj is still alive" );}}catch (Exception e){e.printStackTrace();}}}/* 測(cè)試一 先注釋掉重寫(xiě)的 finalize()運(yùn)行得到的結(jié)果:第一次 GCobj is dead第2次gcobj is dead測(cè)試二 放開(kāi)重寫(xiě)的 finalize()運(yùn)行結(jié)果調(diào)用當(dāng)前類(lèi)重寫(xiě)的finalize()方法第一次 GCobj is still alive第2次gcobj is still alive*/

MAT與JProfiler的GC Roots溯源

MAT

MAT是Memory Analyzer的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一款功能強(qiáng)大的Java堆內(nèi)存分析器。用于查找內(nèi)存泄漏以及查看內(nèi)存消耗情況。

MAT是基于Eclipse開(kāi)發(fā)的，是一款免費(fèi)的性能分析工具。

大家可以在http://www.eclipse.org/mat/下載并使用MAT。

獲取dump文件

方式1:命令行使用jmap

方式2:使用JVisualVM導(dǎo)出
捕獲的heap dump文件是一個(gè)臨時(shí)文件，關(guān)閉JVisualVM后自動(dòng)刪除，若要保留，需要將其另存為文件。

可通過(guò)以下方法捕獲heap dump:

在左側(cè)“Application"(應(yīng)用程序）子窗口中右擊相應(yīng)的應(yīng)用程序，選擇Heap Dump(堆Dump) 。

在Monitor(監(jiān)視）子標(biāo)簽頁(yè)中點(diǎn)擊Heap Dump(堆Dump）按鈕。

本地應(yīng)用程序的Heap dumps作為應(yīng)用程序標(biāo)簽頁(yè)的一個(gè)子標(biāo)簽頁(yè)打開(kāi)。同時(shí)，heap dump在左側(cè)的Application(應(yīng)用程序）欄中對(duì)應(yīng)一個(gè)含有時(shí)間戳的節(jié)點(diǎn)。右擊這個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇save as (另存為）即可將heap dump保存到本地。

MAT打開(kāi)另存為的dump文件

JProfiler

idea 安裝JProfiler 請(qǐng)自行百度

使用JProfiler 查看OOM

-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 這個(gè)參數(shù)的意思就是當(dāng)出現(xiàn)OOM的時(shí)候,就會(huì)生成一個(gè)heap的dump文件

package com.fs.demo01;import java.util.ArrayList;/*** 使用JProfiler 查看OOM* -Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError** -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 這個(gè)參數(shù)的意思就是當(dāng)出現(xiàn)OOM的時(shí)候,就會(huì)生成一個(gè)heap的dump文件*/ public class HeapOOMTest {byte[] buffer = new byte[1 * 1024 * 1024];//1MBpublic static void main(String[] args) {ArrayList<HeapOOMTest> list = new ArrayList<HeapOOMTest>();int count = 0;try{while(true){list.add(new HeapOOMTest());count++;}}catch ( Throwable e){System.out.println( "count = " + count) ;e.printStackTrace();}} }

運(yùn)行上面代碼

分析
發(fā)現(xiàn)大對(duì)象

是那個(gè)線(xiàn)程發(fā)生OOM呢

清除階段:標(biāo)記-清除算法

當(dāng)成功區(qū)分出內(nèi)存中存活對(duì)象和死亡對(duì)象后，GC接下來(lái)的任務(wù)就是執(zhí)行垃圾回收，釋放掉無(wú)用對(duì)象所占用的內(nèi)存空間，以便有足夠的可用內(nèi)存空間為新對(duì)象分配內(nèi)存。

目前在JVM中比較常見(jiàn)的三種垃圾收集算法是標(biāo)記一清除算法（(Mark-Sweep )、復(fù)制算法( copying )、標(biāo)記–壓縮算法（ Mark-compact ) 。

標(biāo)記-清除(Mark - Sweep )算法

背景:
標(biāo)記–清除算法( Mark-Sweep )是一種非常基礎(chǔ)和常見(jiàn)的垃圾收集算法(優(yōu)點(diǎn))，該算法被J.McCarthy等人在1960年提出并并應(yīng)用于Lisp語(yǔ)言。

執(zhí)行過(guò)程:
當(dāng)堆中的有效內(nèi)存空間(available memory）被耗盡的時(shí)候，就會(huì)停止整個(gè)程序（也被稱(chēng)為stop the world)，然后進(jìn)行兩項(xiàng)工作，第一項(xiàng)則是標(biāo)記，第二項(xiàng)則是清除。

標(biāo)記: collector從引用根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始遍歷，標(biāo)記所有被引用的對(duì)象。一般是在對(duì)象的Header中記錄為可達(dá)對(duì)象。

清除:collector對(duì)堆內(nèi)存從頭到尾進(jìn)行線(xiàn)性的遍歷，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)對(duì)象在其Header中沒(méi)有標(biāo)記為可達(dá)對(duì)象，則將其回收。

缺點(diǎn)

效率不算高

在進(jìn)行GC的時(shí)候，需要停止整個(gè)應(yīng)用程序，導(dǎo)致用戶(hù)體驗(yàn)差

這種方式清理出來(lái)的空閑內(nèi)存是不連續(xù)的，產(chǎn)生內(nèi)存碎片。需要維護(hù)一個(gè)空閑列表

注意:何為清除?

這里所謂的清除并不是真的置空，而是把需要清除的對(duì)象地址保存在空閑的地址列表里。下次有新對(duì)象需要加載時(shí)，判斷垃圾的位置空間是否夠，如果夠，就存放。

清除階段:復(fù)制算法

背景:
為了解決標(biāo)記-清除算法在垃圾收集效率方面的缺陷，M.L.Minsky于1963年發(fā)表了著名的論文，“使用雙存儲(chǔ)區(qū)的Lisp語(yǔ)言垃圾收集器CALISP Garbage collector Algorithm Using serialSecondary storage ) ”。M.L.Minsky在該論文中描述的算法被人們稱(chēng)為復(fù)制(copying）算法，它也被M.L.Minsky本人成功地引入到了Lisp語(yǔ)言的一個(gè)實(shí)現(xiàn)版本中。

核心思想:
將活著的內(nèi)存空間分為兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時(shí)將正在使用的內(nèi)存中的存活對(duì)象復(fù)制到未被使用的內(nèi)存塊中，之后清除正在使用的內(nèi)存塊中的所有對(duì)象，交換兩個(gè)內(nèi)存的角色，最后完成垃圾回收。

復(fù)制算法的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):
·沒(méi)有標(biāo)記和清除過(guò)程，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效
·復(fù)制過(guò)去以后保證空間的連續(xù)性，不會(huì)出現(xiàn)“碎片”問(wèn)題。

缺點(diǎn):
此算法的缺點(diǎn)也是很明顯的，就是需要兩倍的內(nèi)存空間。
對(duì)于G1這種分拆成為大量region的Gc，復(fù)制而不是移動(dòng)，意味著cc需要維護(hù)region之間對(duì)象引用關(guān)系，不管是內(nèi)存占用或者時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)也不小。

特別的:
·如果系統(tǒng)中的垃圾對(duì)象很多，復(fù)制算法就不會(huì)很理想，因?yàn)閺?fù)制算法需要復(fù)制的存活對(duì)象數(shù)量并不會(huì)太大，或者說(shuō)非常低才行。

復(fù)制算法應(yīng)用場(chǎng)景:

在新生代，對(duì)常規(guī)應(yīng)用的垃圾回收，一次通常可以回收70%-99%的內(nèi)存空間。回收性?xún)r(jià)比很高。所以現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機(jī)都是用這種收集算法回收新生代。

清除階段:標(biāo)記-壓縮算法(或標(biāo)記-整理、Mark - Compact )算法

背景:
復(fù)制算法的高效性是建立在存活對(duì)象少、垃圾對(duì)象多的前提下的。這種情況在新生代經(jīng)常發(fā)生，但是在老年代，更常見(jiàn)的情況是大部分對(duì)象都是存活對(duì)象。如果依然使用復(fù)制算法，由于存活對(duì)象較多，復(fù)制的成本也將很高。因此，基于老年代垃圾回收的特性，需要使用其他的算法。

標(biāo)記一清除算法的確可以應(yīng)用在老年代中，但是該算法不僅執(zhí)行效率低下，而且在執(zhí)行完內(nèi)存回收后還會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，所以JVM的設(shè)計(jì)者需要在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)。標(biāo)記–壓縮(Mark - Compact）算法由此誕生。

1970 年前后，G. L. Steele 、C. J. Chene和D.S. Wise 等研究者發(fā)布標(biāo)記-壓縮算法。在許多現(xiàn)代的垃圾收集器中，人們都使用了標(biāo)記-壓縮算法或其改進(jìn)版本。

執(zhí)行過(guò)程:

第一階段和標(biāo)記清除算法一樣,從根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始標(biāo)記所有被引用對(duì)象

第二階段將所有的存活對(duì)象壓縮到內(nèi)存的一端，按順序排放。

之后，清理邊界外所有的空間。

標(biāo)記-壓縮算法的最終效果等同于標(biāo)記-清除算法執(zhí)行完成后，再進(jìn)行一次內(nèi)存碎片整理，因此，也可以把它稱(chēng)為標(biāo)記-清除-壓縮(Mark-Sweep-Compact)算法。

二者的本質(zhì)差異在于標(biāo)記-清除算法是一種非移動(dòng)式的回收算法，標(biāo)記-壓縮是移動(dòng)式的。是否移動(dòng)回收后的存活對(duì)象是一項(xiàng)優(yōu)缺點(diǎn)并存的風(fēng)險(xiǎn)決策。

可以看到，標(biāo)記的存活對(duì)象將會(huì)被整理，按照內(nèi)存地址依次排列，而未被標(biāo)記的內(nèi)存會(huì)被清理掉。如此一來(lái)，當(dāng)我們需要給新對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)JVM只需要持有一個(gè)內(nèi)存的起始地址即可，這比維護(hù)一個(gè)空閑列表顯然少了許多開(kāi)銷(xiāo)。

指針碰撞（Bump the Pointer)

指針碰撞（Bump the Pointer)
如果內(nèi)存空間以規(guī)整和有序的方式分布，即已用和未用的內(nèi)存都各自一邊，彼此之間維系著一個(gè)記錄下一次分配起始點(diǎn)的標(biāo)記指針，當(dāng)為新對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)，只需要通過(guò)修改指針的偏移量將新對(duì)象分配在第一個(gè)空閑內(nèi)存位置上，這種分配方式就叫做指針碰撞（Bump the Pointer) 。

標(biāo)記-壓縮算法的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn):
消除了標(biāo)記-清除算法當(dāng)中，內(nèi)存區(qū)域分散的缺點(diǎn)，我們需要給新對(duì)象分配內(nèi)存時(shí)，JVM只需要持有一個(gè)內(nèi)存的起始地址即可。

消除了復(fù)制算法當(dāng)中，內(nèi)存減半的高額代價(jià)。

缺點(diǎn):
從效率上來(lái)說(shuō)，標(biāo)記-整理算法要低于復(fù)制算法。

移動(dòng)對(duì)象的同時(shí)，如果對(duì)象被其他對(duì)象引用，則還需要調(diào)整引用的地址。

移動(dòng)過(guò)程中，需要全程暫停用戶(hù)應(yīng)用程序。即:STW

小結(jié)

對(duì)比三種算法

效率上來(lái)說(shuō)，復(fù)制算法是當(dāng)之無(wú)愧的老大，但是卻浪費(fèi)了太多內(nèi)存。

而為了盡量兼顧上面提到的三個(gè)指標(biāo)，標(biāo)記-整理算法相對(duì)來(lái)說(shuō)更平滑一些，但是效率上不盡如人意，它比復(fù)制算法多了一個(gè)標(biāo)記的階段，比標(biāo)記-清除多了一個(gè)整理內(nèi)存的階段。

分代收集算法

難道就沒(méi)有一種最優(yōu)的算法嗎?

回答:無(wú)，沒(méi)有最好的算法，只有最合適的算法。

分代收集算法概念

前面所有這些算法中，并沒(méi)有一種算法可以完全替代其他算法，它們都具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。分代收集算法應(yīng)運(yùn)而生。

分代收集算法，是基于這樣一個(gè)事實(shí):不同的對(duì)象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對(duì)象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。

在Java程序運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的對(duì)象，其中有些對(duì)象是與業(yè)務(wù)信息相關(guān)，比如Http請(qǐng)求中的session對(duì)象、線(xiàn)程、Socket連接，這類(lèi)對(duì)象跟業(yè)務(wù)直接掛鉤，因此生命周期比較長(zhǎng)。但是還有一些對(duì)象，主要是程序運(yùn)行過(guò)程中生成的臨時(shí)變量，這些對(duì)象生命周期會(huì)比較短，比如: string對(duì)象，由于其不變類(lèi)的特性，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的這些對(duì)象，有些對(duì)象甚至只用一次即可回收。

目前幾乎所有的cc都是采用分代收集(Generational Collecting）算法執(zhí)行垃圾回收的。

在HotSpot中，基于分代的概念，GC所使用的內(nèi)存回收算法必須結(jié)合年輕代和老年代各自的特點(diǎn)。

年輕代(Young Gen)

年輕代特點(diǎn):區(qū)域相對(duì)老年代較小，對(duì)象生命周期短、存活率低，回收頻繁。
這種情況復(fù)制算法的回收整理，速度是最快的。復(fù)制算法的效率只和當(dāng)前存活對(duì)象大小有關(guān)，因此很適用于年輕代的回收。而復(fù)制算法內(nèi)存利用率不高的問(wèn)題，通過(guò)hotspot中的兩個(gè)survivor(s0,s1或者from to區(qū))的設(shè)計(jì)得到緩解。

老年代(Tenured Gen)

老年代特點(diǎn):區(qū)域較大，對(duì)象生命周期長(zhǎng)、存活率高，回收不及年輕代頻繁。
這種情況存在大量存活率高的對(duì)象，復(fù)制算法明顯變得不合適。一般是由標(biāo)記-清除或者是標(biāo)記-清除與標(biāo)記-整理的混合實(shí)現(xiàn)。

Mark階段的開(kāi)銷(xiāo)與存活對(duì)象的數(shù)量成正比。
Sweep階段的開(kāi)銷(xiāo)與所管理區(qū)域的大小成正相關(guān)。
Compact階段的開(kāi)銷(xiāo)與存活對(duì)象的數(shù)據(jù)成正比。

以HotSpot中的CMS回收器為例，CMS是基于Mark-Sweep實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于對(duì)象的回收效率很高。而對(duì)于碎片問(wèn)題，CMS采用基于Mark-Compact算法的serial old回收器作為補(bǔ)償措施:當(dāng)內(nèi)存回收不佳（碎片導(dǎo)致的Concurrent Mode Failure時(shí))﹐將采用serial old執(zhí)行Full cc以達(dá)到對(duì)老年代內(nèi)存的整理。

分代的思想被現(xiàn)有的虛擬機(jī)廣泛使用。幾乎所有的垃圾回收器都區(qū)分新生代和老年代。

增量收集算法、分區(qū)算法

增量收集算法

上述現(xiàn)有的算法，在垃圾回收過(guò)程中，應(yīng)用軟件將處于一種stop the world的狀態(tài)。在stop the world狀態(tài)下，應(yīng)用程序所有的線(xiàn)程都會(huì)掛起，暫停一切正常的工作，等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)用程序會(huì)被掛起很久，將嚴(yán)重影響用戶(hù)體驗(yàn)或者系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，即對(duì)實(shí)時(shí)垃圾收集算法的研究直接導(dǎo)致了增量收集(Incremental collecting）算法的誕生。

基本思想

如果一次性將所有的垃圾進(jìn)行處理，需要造成系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的停頓，那么就可以讓垃圾收集線(xiàn)程和應(yīng)用程序線(xiàn)程交替執(zhí)行。每次，垃圾收集線(xiàn)程只收集一小片區(qū)域的內(nèi)存空間，接著切換到應(yīng)用程序線(xiàn)程。依次反復(fù)，直到垃圾收集完成。

總的來(lái)說(shuō)，增量收集算法的基礎(chǔ)仍是傳統(tǒng)的標(biāo)記-清除和復(fù)制算法。增量收集算法通過(guò)對(duì)線(xiàn)程間沖突的妥善處理，允許垃圾收集線(xiàn)程以分階段的方式完成標(biāo)記、清理或復(fù)制工作。

缺點(diǎn):

使用這種方式，由于在垃圾回收過(guò)程中，間斷性地還執(zhí)行了應(yīng)用程序代碼，所以能減少系統(tǒng)的停頓時(shí)間。但是，因?yàn)榫€(xiàn)程切換和上下文轉(zhuǎn)換的消耗會(huì)使得垃圾回收的總體成本上升，造成系統(tǒng)吞吐量的下降。

分區(qū)算法

一般來(lái)說(shuō)，在相同條件下，堆空間越大，一次Gc時(shí)所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，有關(guān)GC產(chǎn)生的停頓也越長(zhǎng)。為了更好地控制GC產(chǎn)生的停頓時(shí)間，將一塊大的內(nèi)存區(qū)域分割成多個(gè)小塊，根據(jù)目標(biāo)的停頓時(shí)間，每次合理地回收若干個(gè)小區(qū)間，而不是整個(gè)堆空間，從而減少一次cc所產(chǎn)生的停頓。

分代算法將按照對(duì)象的生命周期長(zhǎng)短劃分成兩個(gè)部分，分區(qū)算法將整個(gè)堆空間劃分成連續(xù)的不同小區(qū)間。

每一個(gè)小區(qū)間都獨(dú)立使用，獨(dú)立回收。這種算法的好處是可以控制一次回收多少個(gè)小區(qū)間。

寫(xiě)在最后∶

注意，這些只是基本的算法思路，實(shí)際cc實(shí)現(xiàn)過(guò)程要復(fù)雜的多，目前還在發(fā)展中的前沿cc都是復(fù)合算法，并且并行和并發(fā)兼?zhèn)洹?/p>

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM学习笔记之-拉圾回收概述,垃圾回收相关算法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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