?

1.垃圾回收

1.1概念

在Java語(yǔ)言中，垃圾回收(Garbage Collection，GC)是一個(gè)非常重要的概念。

它的主要作用是回收程序中不再被使用的內(nèi)存，Java提供的GC功能可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)象是否已經(jīng)超過(guò)作用域從而達(dá)到自動(dòng)回收內(nèi)存的目的。即垃圾回收的是無(wú)任何引用的對(duì)象占據(jù)的內(nèi)存空間而不是對(duì)象本身。

1.2任務(wù)

Java語(yǔ)言提供了垃圾回收器來(lái)自動(dòng)檢測(cè)對(duì)象的作用域，可自動(dòng)地把不再被使用的存儲(chǔ)空間釋放掉。

具體而言，垃圾回收器主要負(fù)責(zé)三個(gè)事情

• 分配內(nèi)存；
• 保證不再被使用的內(nèi)存被釋放掉；
• 保證被引用的對(duì)象不會(huì)被回收。

1.3方式

垃圾回收器通常是作為一個(gè)單獨(dú)的低優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程運(yùn)行，不可預(yù)知的情況下對(duì)內(nèi)存堆中已經(jīng)死亡或者長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用的對(duì)象進(jìn)行清除和回收，程序員不能實(shí)時(shí)的調(diào)用垃圾回收器對(duì)某個(gè)對(duì)象或所有對(duì)象進(jìn)行垃圾回收。

2.垃圾回收

要回收的垃圾：不可能在被任何途徑使用的對(duì)象

找到這些對(duì)象的方法：

2.1引用計(jì)數(shù)法

給對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器。

• 每當(dāng)一個(gè)地方一用這個(gè)對(duì)象時(shí)，計(jì)數(shù)器值+1；
• 當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器值-1。

任何計(jì)數(shù)值為0的對(duì)象就是不可能再被使用的對(duì)象。

Java中沒(méi)有使用這種算法，因?yàn)檫@種算法很難解決對(duì)象之間相互引用的情況。

舉例：

/*** 虛擬機(jī)參數(shù)：-verbose:gc*/ public class ReferenceCountingGC {private Object instance = null;private static final int _1MB = 1024 * 1024;/** 這個(gè)成員屬性唯一的作用就是占用一點(diǎn)內(nèi)存 */private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];public static void main(String[] args){ReferenceCountingGC objectA = new ReferenceCountingGC();ReferenceCountingGC objectB = new ReferenceCountingGC();objectA.instance = objectB;objectB.instance = objectA;objectA = null;objectB = null;System.gc();} }

運(yùn)行結(jié)果：

GC 4417K->288K(61440K), 0.0013498 secs] [Full GC 288K->194K(61440K), 0.0094790 secs]

兩個(gè)對(duì)象相互引用著，但是虛擬機(jī)還是把兩個(gè)對(duì)象回收掉了。

這說(shuō)明虛擬機(jī)并不是通過(guò)引用計(jì)數(shù)法來(lái)判定對(duì)象是否存活的。

2.2可達(dá)性分析

這個(gè)算法的思想是：用過(guò)一系列成為“GC Root”的對(duì)象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)向下搜索，搜索所走過(guò)的路徑成為引用鏈。

當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Root沒(méi)有任何引用鏈（即GC Roots到對(duì)象不可達(dá)）時(shí)，則證明此對(duì)象是不可用的。

Java中的GC Roots對(duì)象包括：

• 虛擬機(jī)棧（棧幀中的局部變量區(qū)，也叫作局部變量表）中引用的對(duì)象；
• 方法去中的類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象；
• 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象；
• 本地方法棧中JNI（Native方法）引用的對(duì)象。

GC Roots舉例：

下圖為GC Roots的引用鏈

由圖可知，obj8、obj9、obj10都沒(méi)有到GC Roots對(duì)象的引用鏈。

即便obj9和obj10之間有引用鏈，它們還是會(huì)被當(dāng)成垃圾處理，可以進(jìn)行回收。

2.2.1 GC停頓（的原因）

判斷對(duì)象是否存活的可達(dá)性分析對(duì)時(shí)間的敏感還體現(xiàn)在GC停頓上。

因?yàn)榭蛇_(dá)性分析工作必須在一個(gè)能確保一致性的快照中進(jìn)行，

• “一致性”的意思是指在整個(gè)分析期間整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)看起來(lái)就像被凍結(jié)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，不可以出現(xiàn)分析過(guò)程中對(duì)象引用關(guān)系還在不斷變化的情況。
• 不然的話(huà)可達(dá)性分析的結(jié)果就無(wú)法得到保證，這是導(dǎo)致GC進(jìn)行時(shí)必須停頓所有Java執(zhí)行線(xiàn)程的一個(gè)重要原因。

3.四種引用狀態(tài)

JDK1.2之前，Java中引用的定義很傳統(tǒng)：

? ? ? ? 如果引用類(lèi)型的數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的數(shù)值代表的是另一塊內(nèi)存的起始地址，就稱(chēng)這塊內(nèi)存代表著一個(gè)引用。

（定義很純粹，但過(guò)于狹隘——一個(gè)對(duì)象只有被引用或者沒(méi)被引用兩種狀態(tài)）

我們希望描述這樣一類(lèi)對(duì)象：

當(dāng)內(nèi)存的空間還足夠時(shí)，則能保留在內(nèi)存中；

如果內(nèi)存空間再進(jìn)行垃圾收集后還是非常緊張，則可以?huà)仐夁@些對(duì)蒼。

JDK1.2之后，Java對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)展，將引用分為：強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用四種，這四種引用強(qiáng)度一次減弱。

1.強(qiáng)引用

Object obj=new Object();這類(lèi)引用；

如果一個(gè)對(duì)象具有強(qiáng)引用，那垃圾回收器當(dāng)內(nèi)存不夠時(shí)，寧愿拋出outofmemory錯(cuò)誤也不會(huì)程序終止。

只要強(qiáng)引用還存在，垃圾回收器永遠(yuǎn)不會(huì)回收掉被引用的對(duì)象。

2.軟引用

有些還有用但并非必需的對(duì)象。

如果一個(gè)對(duì)象具有軟引用，如內(nèi)存空間足夠，垃圾回收器就不會(huì)回收它，如果內(nèi)存不足，就會(huì)回收這些對(duì)象的內(nèi)存（可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存，軟引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用）

如果這次回收還沒(méi)有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常。

Java中SoftReference表示軟引用。

主要特點(diǎn)：

具有較強(qiáng)的引用功能。

只有當(dāng)內(nèi)存不夠的時(shí)候，才進(jìn)行回收這類(lèi)內(nèi)存；

因此在內(nèi)存足夠的時(shí)候，它們通常不被回收。

這些引用對(duì)象還能保證在Java拋出OutOfMemory 異常之前，被設(shè)置為null。

它可以用于實(shí)現(xiàn)一些常用圖片的緩存，實(shí)現(xiàn)Cache的功能，保證最大限度的使用內(nèi)存而不引起OutOfMemory。

3.弱引用

非必需對(duì)象。

被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象智能生存到下一次垃圾回收之前。

垃圾回收器工作之后，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。

Java中的類(lèi)WeakReference表示弱引用。

4.虛引用

這個(gè)引用在內(nèi)存中存在的唯一目的就是：在這個(gè)對(duì)象被收集器回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知。跟蹤垃圾回收過(guò)程，清理被銷(xiāo)毀對(duì)象的相關(guān)資源。

被虛引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象，和其生存時(shí)間完全沒(méi)關(guān)系，無(wú)法通過(guò)虛引用來(lái)取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例。

Java中的類(lèi)PhantomReference表示虛引用。

對(duì)于可達(dá)性分析算法而言，未到達(dá)的對(duì)象并非是“非死不可”的，若要宣判一個(gè)對(duì)象死亡，至少需要經(jīng)歷兩次標(biāo)記階段：

如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有與GC Roots相連 的引用鏈，則該對(duì)象被第一次標(biāo)記并進(jìn)行篩選。

篩選條件為：是否有必要執(zhí)行該對(duì)象的finalize方法。

若對(duì)象沒(méi)有覆蓋finalize方法或者改對(duì)象否認(rèn)finalize方法是否已經(jīng)被虛擬機(jī)執(zhí)行過(guò)了，則均視作不必要執(zhí)行該對(duì)象的finalize方法，即該對(duì)象將會(huì)被回收；

反之，若該對(duì)象覆蓋了finalize并且該finalize方法并沒(méi)有被執(zhí)行過(guò)，那么，這個(gè)對(duì)象會(huì)被放置在一個(gè)叫F-Queue的隊(duì)列中，之后會(huì)有虛擬機(jī)自動(dòng)建立的、優(yōu)先級(jí)低的Finalizer線(xiàn)程去執(zhí)行，而虛擬機(jī)不必要等待該線(xiàn)程執(zhí)行結(jié)束。即虛擬機(jī)只負(fù)責(zé)建立線(xiàn)程，其他的事情交給此線(xiàn)程去處理。

對(duì)F-Queue中的對(duì)象進(jìn)行第二次標(biāo)記。

如果對(duì)象在finalize方法中拯救了自己（即關(guān)聯(lián)上了GC Roots引用鏈），如把this關(guān)鍵字賦值給其他變量，那么在第二次標(biāo)記的時(shí)候該對(duì)象將從“即將回收”的集合中移除；

如果對(duì)象還是沒(méi)有拯救自己，那就會(huì)被回收。

但是他只能拯救自己一次，第二次就被回收了，具體示例代碼如下：

package com.demo;/** 此代碼演示了兩點(diǎn)：* 1.對(duì)象可以再被GC時(shí)自我拯救* 2.這種自救的機(jī)會(huì)只有一次，因?yàn)橐粋€(gè)對(duì)象的finalize()方法最多只會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用一次* */ public class FinalizeEscapeGC {public String name;public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;public FinalizeEscapeGC(String name) {this.name = name;}public void isAlive() {System.out.println("yes, i am still alive :)");}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable {super.finalize();System.out.println("finalize method executed!");System.out.println(this);FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;}@Overridepublic String toString() {return name;}public static void main(String[] args) throws InterruptedException {SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC("leesf");System.out.println(SAVE_HOOK);// 對(duì)象第一次拯救自己SAVE_HOOK = null;System.out.println(SAVE_HOOK);System.gc();// 因?yàn)閒inalize方法優(yōu)先級(jí)很低，所以暫停0.5秒以等待它Thread.sleep(500);if (SAVE_HOOK != null) {SAVE_HOOK.isAlive();} else {System.out.println("no, i am dead : (");}// 下面這段代碼與上面的完全相同,但是這一次自救卻失敗了// 一個(gè)對(duì)象的finalize方法只會(huì)被調(diào)用一次SAVE_HOOK = null;System.gc();// 因?yàn)閒inalize方法優(yōu)先級(jí)很低，所以暫停0.5秒以等待它Thread.sleep(500);if (SAVE_HOOK != null) {SAVE_HOOK.isAlive();} else {System.out.println("no, i am dead : (");}} }

運(yùn)行結(jié)果如下：

leesfnullfinalize method executed!leesf yes, i am still alive :) no, i am dead : (

由結(jié)果可知，該對(duì)象拯救了自己一次，第二次沒(méi)有拯救成功。

因?yàn)?span style="color:#3399ea;">對(duì)象的finalize方法至多只被系統(tǒng)調(diào)用一次。

此外，從結(jié)果我們可以得知：一個(gè)堆對(duì)象的this（放在局部變量表中的第一項(xiàng)）引用會(huì)永遠(yuǎn)存在，在方法體內(nèi)可以將this吟詠風(fēng)賦值給其他變量，這樣讀一中的對(duì)象就可以被其他變量所引用，即不會(huì)被回收。

4.方法區(qū)的垃圾回收

方法區(qū)的垃圾回收主要回收兩部分內(nèi)容：

廢棄常量

無(wú)用的類(lèi)

4.1判斷廢棄常量

沒(méi)有其他地方引用的常量。

以字面量回收為例，如果一個(gè)字符串“abc”已經(jīng)進(jìn)入了常量池，但是當(dāng)前系統(tǒng)并沒(méi)有一個(gè)String對(duì)象引用了叫做“abc”的字面量，那么，如果發(fā)生垃圾回收并且有必要時(shí)，“abc”就會(huì)被系統(tǒng)移出常量池。

常量池中的其他類(lèi)（接口）、方法、字段的符號(hào)引用也與此類(lèi)似。

4.2判斷無(wú)用的類(lèi)

需要滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：

該類(lèi)所有的實(shí)例都已被回收。即Java堆不存在該類(lèi)的任何實(shí)例。

加載該類(lèi)的ClassLoader已經(jīng)被回收；

該類(lèi)對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有在任何地方被引用，無(wú)法再任何地方通過(guò)反射訪(fǎng)問(wèn)該類(lèi)的方法。

滿(mǎn)足以上三個(gè)條件的類(lèi)可以進(jìn)行垃圾回收。但是并不是無(wú)用就被回收，虛擬機(jī)提供了一些參數(shù)供我們配置。

5.垃圾收集算法

5.1標(biāo)記—清除算法

最基礎(chǔ)的算法。

分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：

標(biāo)記處所有需要回收的對(duì)象

標(biāo)記完成后，統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對(duì)象。

不足：

• 效率：標(biāo)記和清除兩個(gè)階段的效率都不高；
• 空間：標(biāo)記清除后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片。內(nèi)存碎片太多可能導(dǎo)致以后程序運(yùn)行過(guò)程中需要分配大對(duì)象時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前出發(fā)一次垃圾收集動(dòng)作。

執(zhí)行過(guò)程如圖：

5.2復(fù)制（Copying）算法

為了解決效率問(wèn)題。

將可用的內(nèi)存分為兩塊，每次只用其中一塊，當(dāng)這一塊內(nèi)存用完了，就醬還存活著的對(duì)象復(fù)制到另一塊上面，然后再把已經(jīng)是用過(guò)的內(nèi)存空間一次性清理掉。

這樣每次就只需要對(duì)整個(gè)半?yún)^(qū)進(jìn)行內(nèi)存回收。

內(nèi)存分配時(shí)也不需要考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況。只需要移動(dòng)指針，按照順序分配即可。

缺點(diǎn)：

內(nèi)存縮小為了原來(lái)的一半，代價(jià)較高。

現(xiàn)在的商用虛擬機(jī)都采用這種算法來(lái)回收新生代。

不過(guò)研究表明1:1的比例非常不科學(xué)。因此新生代的內(nèi)存被劃分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間。每次使用Eden和其中的一塊Survivor。

每次回收時(shí)，將Eden和Survivor中還存活的對(duì)象一次性復(fù)制到另外一塊Survivor空間上。最后清理掉Eden和剛才用過(guò)Survivor空間。

HotSpot虛擬機(jī)默認(rèn)Eden區(qū)和Survivor區(qū)的比例為8:1，意思是，每次新生代中可用內(nèi)存空間為整個(gè)新生代容量的90%.

當(dāng)然，我們沒(méi)法保證每次回收的都只有不讀偶10%的對(duì)象存活，當(dāng)Survivor空間不夠用時(shí)，需要依賴(lài)老年代進(jìn)行分配擔(dān)保（Handle Promotion）。

5.3標(biāo)記—整理（Mark-Compact）算法

復(fù)制算法在對(duì)象詢(xún)貨率較高的場(chǎng)景下需要進(jìn)行大量的復(fù)制操作，小效率較低。

萬(wàn)一對(duì)象存活率為100%，那么需要由額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保。

老年代都是不易被回收的對(duì)象，對(duì)象存活率較高，因此一般不能直接選用復(fù)制算法。

根據(jù)老年代的特點(diǎn)，有人提出了另外一種標(biāo)記—整理算法。

? ? ? ? 過(guò)程與標(biāo)記—清除算法一樣，不過(guò)不是直接對(duì)可回收的對(duì)象進(jìn)行整理，而是讓所有存活對(duì)象都向一段移動(dòng)，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存。

工作過(guò)程如圖：

5.4分代收集算法

根據(jù)上面的內(nèi)容，用一張圖概括一下堆內(nèi)存的布局：

現(xiàn)代商用虛擬機(jī)基本都采用分代收集算法來(lái)進(jìn)行垃圾回收。

根據(jù)對(duì)象的生命周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊，然后根據(jù)各塊的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

大批對(duì)象死去，商量對(duì)象存活的（新生代），使用復(fù)制算法，復(fù)制成本低；對(duì)象存活率高，沒(méi)有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保的（老年代），采用標(biāo)記—清除算法或者標(biāo)記—整理算法。

6.垃圾收集器

垃圾收集器就是上面講的理論知識(shí)的具體實(shí)現(xiàn)了。

不同虛擬機(jī)提供的垃圾收集器可能會(huì)有很大的差別。

我們使用的是HotSpot，HotSpot所包含的收集器如圖：

上圖展示了7種作用域不同分代的收集器。

如果兩個(gè)收集器之間有連線(xiàn)，說(shuō)明它們可以搭配使用。

虛擬機(jī)所處的區(qū)域說(shuō)明它是屬于新生代收集器還是老年代收集器。

必須明確一個(gè)觀點(diǎn)：沒(méi)有最好的收集器，更加沒(méi)有萬(wàn)能的收集器，只能選擇對(duì)具體應(yīng)用最合適的收集器。

6.1Serial收集器

最基本、發(fā)展歷史最悠久的收集器。

采用復(fù)制算法的單線(xiàn)程的收集器。

• 單線(xiàn)程意味著它只會(huì)使用一個(gè)CPU或一條線(xiàn)程去完成垃圾收集工作；
• 另一方面也意味著它進(jìn)行垃圾收集時(shí)必須暫停其它線(xiàn)程的所有工作，直到它收集結(jié)束為止。（在用戶(hù)不可見(jiàn)的情況下要把用戶(hù)正常工作的線(xiàn)程全部停掉）——這對(duì)很多應(yīng)用是難以接受的。

目前為止，Serial收集器依然是虛擬機(jī)運(yùn)行在Client模式下默認(rèn)的新生代收集器，因?yàn)樗?jiǎn)單而高效。

用戶(hù)桌面應(yīng)用場(chǎng)景中，分配給虛擬機(jī)管理的內(nèi)存一般來(lái)說(shuō)不會(huì)很大，收集幾十兆甚至一兩百兆的新生代停頓時(shí)間在幾十毫秒到一百毫秒，只要不是頻繁地發(fā)生，這點(diǎn)停頓是完全可以接受的。

Serial收集器運(yùn)行過(guò)程如下圖所示：

說(shuō)明：

需要STW(Stop The World)，停頓時(shí)間長(zhǎng)；

簡(jiǎn)單高效，對(duì)于單個(gè)CPU環(huán)境而言，Serial收集器由于沒(méi)有線(xiàn)程交互開(kāi)銷(xiāo)，可以獲取最高單線(xiàn)程收集效率。

6.2ParNew收集器

其實(shí)是Serial的多線(xiàn)程版本。輸了使用多條線(xiàn)程進(jìn)行垃圾收集之外，其余行為和Serial收集器完全一樣，包括使用的也是復(fù)制算法。

它是Server模式下的虛擬機(jī)首選的新生代收集器，其中一個(gè)很重要的和性能無(wú)關(guān)的原因是，處理Serial收集器外，目前只有它能與CMS收集器配合工作。

CMS收集器是一塊幾乎可以認(rèn)為有劃時(shí)代意義的垃圾收集器。因?yàn)樗谝淮螌?shí)現(xiàn)了讓垃圾收集線(xiàn)程與用戶(hù)線(xiàn)程基本上同時(shí)工作。

ParNew收集器在但CPU環(huán)境中絕對(duì)不會(huì)有比Serial收集器更好的效果，甚至由于線(xiàn)程交互的開(kāi)銷(xiāo)，該收集器在兩個(gè)CPU的環(huán)境中都不能百分之百保證可以超越Serial收集器。

當(dāng)然，隨著可用CPU數(shù)量的增加，它對(duì)于GC時(shí)系統(tǒng)資源的有效利用還是很有好處的。

它默認(rèn)開(kāi)啟的收集線(xiàn)程數(shù)與CPU相同，在CPU數(shù)量非常多的情況下，可以使用-XX:ParallelGCThreads參數(shù)來(lái)限制垃圾收集的線(xiàn)程數(shù)。

6.3 Parallel Scavenge收集器

也是一個(gè)新生代收集器，也是使用復(fù)制算法，也是并行的多線(xiàn)程收集器。

特點(diǎn)：關(guān)注的點(diǎn)和其他收集器不同。

• CMS等收集器的關(guān)注點(diǎn)是盡可能縮短垃圾收集時(shí)用戶(hù)線(xiàn)程的停頓時(shí)間；
• Parallel Scavenge收集器的目標(biāo)則是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量。

吞吐量：CPU用于運(yùn)行用戶(hù)代碼時(shí)間與CPU總消耗時(shí)間的比值。

即吞吐量=運(yùn)行用戶(hù)代碼時(shí)間/（運(yùn)行用戶(hù)代碼時(shí)間+垃圾收集時(shí)間）

此外，Parallel Scavenge收集器是虛擬機(jī)運(yùn)行在Server模式下的默認(rèn)垃圾收集器。

?

• 停頓時(shí)間短適合需要與用戶(hù)交互的程序，良好的響應(yīng)速度能提升用戶(hù)體驗(yàn)；
• 高吞吐量則可以高效率利用CPU時(shí)間，盡快完成運(yùn)算任務(wù)，主要是和在后臺(tái)運(yùn)算而不需要太多交互的任務(wù)。

虛擬機(jī)提供了-XX:MaxGCPauseMillis和-XX:GCTimeRatio兩個(gè)參數(shù)來(lái)精確控制最大垃圾收集停頓時(shí)間和吞吐量大小。

• GC停頓時(shí)間的縮短是以犧牲吞吐量和新生代空間換取的，所以第一個(gè)參數(shù)也不是越小越好；

由于與吞吐量密切相關(guān)，Parallel Scavenge收集器也稱(chēng)作“吞吐量有限收集器”。

Parallel Scavenge收集器有一個(gè)-XX:UseAdaptiveSizePolicy參數(shù)，這是一個(gè)開(kāi)關(guān)參數(shù)：

• 這個(gè)參數(shù)打開(kāi)后，就不需要手動(dòng)指定新生代的大小、Eden區(qū)和Survivor區(qū)參數(shù)等細(xì)節(jié)參數(shù)了；
• 虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)這些參數(shù)以提供最合適的停頓時(shí)間或者最大的吞吐量。
• 適用于對(duì)收集器運(yùn)作原理不是很了解，以至于在優(yōu)化比較困難時(shí)。使用此收集器配合自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略，把內(nèi)存管理的調(diào)優(yōu)任務(wù)交給虛擬機(jī)來(lái)完成。

6.4Serial Old收集器

Serial 收集的老年版本，單線(xiàn)程，使用“標(biāo)記—整理”算法，主要意義是給Client模式下的虛擬機(jī)使用。

6.5Parallel Old收集器

Parallel Scavenge收集器的老年版本，使用多線(xiàn)程和“標(biāo)記—整理”算法。

此收集器在JDK1.6之后出現(xiàn)，“吞吐量?jī)?yōu)先收集器”終于有了比較名副其實(shí)的應(yīng)用組合。

在注重吞吐量以及CPU資源敏感的場(chǎng)合，都可以?xún)?yōu)先考慮Parallel Scavenge收集器+Parallel Old收集器的組合。

運(yùn)行過(guò)程如圖：

6.6CMS收集器

Concurrent Mark Sweep收集器以互毆最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)，使用“標(biāo)記—清除”算法，收集過(guò)程分為以下四步：

初始標(biāo)記：標(biāo)記GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，時(shí)間很短；

并發(fā)標(biāo)記：進(jìn)行GC Roots Tracing（可達(dá)性分析）過(guò)程，時(shí)間很長(zhǎng)；

重新標(biāo)記：修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶(hù)程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記陳升變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄，時(shí)間較長(zhǎng)；

并發(fā)清除：回收內(nèi)存空間，時(shí)間很長(zhǎng)。

其中，2和4耗時(shí)最長(zhǎng)，但是可以與用戶(hù)線(xiàn)程兵法執(zhí)行。

運(yùn)行過(guò)程如下：

說(shuō)明：

對(duì)CPU資源非常敏感，可能會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用程序變慢，吞吐量下降；

無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾。

因?yàn)樵诓l(fā)清理階段用戶(hù)線(xiàn)程還在運(yùn)行，自然就會(huì)產(chǎn)生新的垃圾，而在此次收集中無(wú)法收集它們，只能留到下次收集，這部分垃圾為浮動(dòng)垃圾。

同時(shí)由于用戶(hù)線(xiàn)程并發(fā)執(zhí)行，所以需要預(yù)留一部分老年代空間提供并發(fā)收集時(shí)程序運(yùn)行使用。

由于采用“標(biāo)記—清除”算法，會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)存碎片，不利于大對(duì)象的分配，可能會(huì)提前出發(fā)一次Full GC.

虛擬機(jī)提供了-XX:UseCompactAtFullCollection參數(shù)來(lái)進(jìn)行碎片的合并整理過(guò)程，這樣會(huì)使得停頓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；

虛擬機(jī)還提供了一個(gè)參數(shù)配置-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，用于設(shè)置執(zhí)行多少次不壓縮的Full GC后，接著來(lái)一次帶壓縮的GC。

6.7 G1收集器

G1是目前技術(shù)發(fā)展的最前沿成果之一。

HotSpot開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)賦予它的使命是未來(lái)可以替換掉JDK1.5中發(fā)布的CMS收集器。

與其他GC收集器相比，G1收集器有以下特點(diǎn)：

并行和并發(fā)：使用多個(gè)CPU來(lái)多段Stop The World停段時(shí)間，與用戶(hù)線(xiàn)程并發(fā)執(zhí)行；

分代收集：獨(dú)立管理整個(gè)堆，但是能夠采用不同的方式去處理新創(chuàng)建的對(duì)象和已經(jīng)存活了一段時(shí)間、熬過(guò)多次GC的就對(duì)象，以獲取更好的收集效果；

空間整合：基于“標(biāo)記—整理”算法，無(wú)內(nèi)存碎片便產(chǎn)生；

可預(yù)測(cè)的停頓：能建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型，能讓使用者明確指定在一個(gè)長(zhǎng)度為M毫秒的時(shí)間片段內(nèi)，小號(hào)在垃圾收集上的時(shí)間不得超過(guò)N毫秒；

在G1之前的收集器，收集范圍都是整個(gè)新生代或者老年代。

使用G1收集器時(shí)，Java堆的內(nèi)存布局與其他的收集器有很大的額差別，他將整個(gè)Java堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region）。雖然還保留由新生代和老年代的概念，但是新生代和老年代不再是物理隔離的了，它們都是一部分（可以不連續(xù)）Region的結(jié)合。

6.8常用的收集器組合

7.理解GC日志

每種收集器的日志形式都是由它們自身的實(shí)現(xiàn)決定的。即每種收集器的日志格式都可不一樣。

不過(guò)虛擬機(jī)為了方便用戶(hù)閱讀，將各個(gè)收集器的日志都維持了一定的共享。

看下面一段GC日志：

[GC [DefNew: 310K->194K(2368K), 0.0269163 secs] 310K->194K(7680K), 0.0269513 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs] [GC [DefNew: 2242K->0K(2368K), 0.0018814 secs] 2242K->2241K(7680K), 0.0019172 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] [Full GC (System) [Tenured: 2241K->193K(5312K), 0.0056517 secs] 4289K->193K(7680K), [Perm : 2950K->2950K(21248K)], 0.0057094 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] Heapdef new generation total 2432K, used 43K [0x00000000052a0000, 0x0000000005540000, 0x0000000006ea0000)eden space 2176K, 2% used [0x00000000052a0000, 0x00000000052aaeb8, 0x00000000054c0000)from space 256K, 0% used [0x00000000054c0000, 0x00000000054c0000, 0x0000000005500000)to space 256K, 0% used [0x0000000005500000, 0x0000000005500000, 0x0000000005540000)tenured generation total 5312K, used 193K [0x0000000006ea0000, 0x00000000073d0000, 0x000000000a6a0000)the space 5312K, 3% used [0x0000000006ea0000, 0x0000000006ed0730, 0x0000000006ed0800, 0x00000000073d0000)compacting perm gen total 21248K, used 2982K [0x000000000a6a0000, 0x000000000bb60000, 0x000000000faa0000)the space 21248K, 14% used [0x000000000a6a0000, 0x000000000a989980, 0x000000000a989a00, 0x000000000bb60000) No shared spaces configured.

日志的開(kāi)頭“GC”、“Full GC”表示這次垃圾收集的挺短類(lèi)型，而不是用來(lái)區(qū)分新生代GC還是老年代GC的

如果有Full說(shuō)明本次GC停止了替她所有工作線(xiàn)程（Stop-The-World）；

Full GC的寫(xiě)法是Full gc(System)說(shuō)明是調(diào)用System.gc()方法所觸發(fā)的GC。

“GC”中接下來(lái)的“[DefNew”表示GC發(fā)生的區(qū)域，這里顯示的區(qū)域名稱(chēng)與使用的GC收集器密切相關(guān)

上面樣例中所使用的Serial收集器中的新生代名為“Default New Generation”，所顯示的是“[DefNew”

如果是ParNew收集器，新生代名稱(chēng)為“[ParNew”，意為“Parllel New Generation”

Pallel Scavenge收集器的新生代名為“PSYoungGen”

老年代和永久代同理，名稱(chēng)也是由收集器決定的

后面方括號(hào)內(nèi)部的“310K->194K(2368K)”、“2242K->0K(2368K)”指的是該區(qū)域已使用的容量->GC后該內(nèi)存區(qū)域已使用的容量（該內(nèi)存區(qū)域總?cè)萘?#xff09;。方括號(hào)外面的“310K->194K(7680K)“、”2242K->2241K(7680K)“則指的是GC前Java堆已使用的容量->GC后Java堆已使用的容量（Java堆總?cè)萘?#xff09;

再往后“0.0269163 secs”表示該內(nèi)存區(qū)域GC所占用的時(shí)間，單位是秒。最后的“[Times:user=0.00 sys=0.00 real=0.03 secs]”則更具體了，user表示用戶(hù)態(tài)消耗的CPU時(shí)間、內(nèi)核態(tài)消耗的CPU時(shí)間、操作從開(kāi)始到結(jié)束經(jīng)過(guò)的墻鐘時(shí)間。后面兩個(gè)的區(qū)別是，墻鐘時(shí)間包括各種費(fèi)運(yùn)算的等待消耗，比如等待磁盤(pán)I/O、等待線(xiàn)程阻塞，而CPU時(shí)間不包括這些耗時(shí)，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)由多CPU或者多核時(shí)，多想愛(ài)你城操作會(huì)疊加這些CPU時(shí)間，所以如果看到user或sys時(shí)間超過(guò)real時(shí)間是完全正常的

：Heap：后面就列舉出堆內(nèi)存目前各個(gè)年代的區(qū)域的內(nèi)存情況

7.1?通過(guò)日志看到，系統(tǒng)的請(qǐng)求數(shù)目很少，每個(gè)請(qǐng)求資源也不多，但是系統(tǒng)堆內(nèi)存占用非常高，可能出現(xiàn)了什么問(wèn)題？怎樣定位問(wèn)題在哪里

可能是發(fā)生了堆溢出或內(nèi)存泄露，要解決堆內(nèi)存異常的情況一般的手段是通過(guò)內(nèi)存映像分析工具(如Eclipse Memory Analyzer)對(duì)Dump出來(lái)的堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照進(jìn)行分析，重點(diǎn)是確認(rèn)內(nèi)存中的對(duì)象是否是有必要的，也就是要先分清楚是內(nèi)存泄露還是內(nèi)存溢出。

• 如果是內(nèi)存泄露，可進(jìn)一步通過(guò)工具查看泄露對(duì)象到GC Roots的引用鏈。于是就能找到泄露的對(duì)象是怎么與GC Roots相連接導(dǎo)致進(jìn)行垃圾回收時(shí)沒(méi)能回收泄露對(duì)象所占的內(nèi)存，有了泄露對(duì)象的信息和GC Roots引用鏈的信息，就可以準(zhǔn)確地定位出泄露代碼的位置。
• 如果沒(méi)有發(fā)出內(nèi)存泄露，也是說(shuō)，內(nèi)存中的對(duì)象確實(shí)還活著，那就應(yīng)該去檢查虛擬機(jī)的堆參數(shù)(-Xmx與-Xms)，與物理機(jī)器對(duì)比看是否還可以進(jìn)一步擴(kuò)大，從代碼上檢查是否存在某些對(duì)象聲明周期過(guò)長(zhǎng)、持有狀態(tài)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等，嘗試減少程序運(yùn)行內(nèi)存消耗。

8.垃圾回收利弊

8.1優(yōu)點(diǎn)

垃圾回收器的存在一方面把開(kāi)發(fā)人員從釋放內(nèi)存的復(fù)雜工作中解脫出來(lái)，提高了開(kāi)發(fā)人員的生產(chǎn)效率；

另一方面，對(duì)開(kāi)發(fā)人員屏蔽了釋放內(nèi)存的方法，可以避免因開(kāi)發(fā)人員錯(cuò)誤地操作內(nèi)存而導(dǎo)致應(yīng)用程序的崩潰，保證了程序的穩(wěn)定性。

8.2缺點(diǎn)

但是垃圾回收也帶來(lái)了問(wèn)題，為了實(shí)現(xiàn)垃圾回收，垃圾回收器必須跟蹤內(nèi)存的使用情況，釋放沒(méi)用的對(duì)象，在完成內(nèi)存的釋放后還需要處理堆中的碎片，這些操作必定會(huì)增加JVM的負(fù)擔(dān)，從而降低程序的執(zhí)行效率。

9.垃圾回收存在的原因

在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中如果忘記或者錯(cuò)誤的釋放內(nèi)存，往往會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行不正常甚至是導(dǎo)致程序崩潰。

為了減輕程序開(kāi)發(fā)人員的工作和保證程序的安全與穩(wěn)定，Java語(yǔ)言提供了垃圾回收器來(lái)自動(dòng)檢測(cè)對(duì)象的作用域，可自動(dòng)地回收不可能再被引用的對(duì)象所占用的內(nèi)存。

要請(qǐng)求垃圾收集，可以調(diào)用下面的方法之一：System.gc() 或Runtime.getRuntime().gc() ，但JVM可以屏蔽掉顯式的垃圾回收調(diào)用。

10.垃圾回收的時(shí)機(jī)

垃圾回收可能發(fā)生的時(shí)間是堆可用空間不足或CPU空閑。

對(duì)于HotSpot虛擬機(jī)，用OopMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ) “程序中哪些地方存放著對(duì)象引用” 的信息。在類(lèi)加載完成的時(shí)候，HotSpot就把對(duì)象內(nèi)什么偏移量上是什么類(lèi)型的數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)，在JIT編譯過(guò)程中，也會(huì)在特定的位置上記錄下棧和寄存器中哪些位置是引用。這樣GC在掃描時(shí)就可以直接得到這些信息了。

10.1安全點(diǎn)

程序執(zhí)行時(shí)并不是在所有地方都能停頓下來(lái)開(kāi)始GC，只有到達(dá)安全點(diǎn)時(shí)才能暫停。其中安全點(diǎn)指的是記錄OopMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的位置。

• 安全點(diǎn)的選擇基本上是以程序“是否能讓程序長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行的特征”為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選定的。
• “長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行”的最明顯的特征就是指令序列復(fù)用，例如方法調(diào)用、循環(huán)跳轉(zhuǎn)、異常跳轉(zhuǎn)等，所有具有這些功能的指令才會(huì)產(chǎn)生safepoint。
• 對(duì)于safepoint，另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題就是如何在GC發(fā)生時(shí)讓所有線(xiàn)程都“跑”到最近的安全點(diǎn)上再停頓下來(lái)。
  • 有兩種方案可以選擇：搶先式中斷和主動(dòng)式中斷。

10.1.1搶先式中斷

在GC發(fā)生時(shí)，首先把所有線(xiàn)程全部中斷，如果發(fā)現(xiàn)有些線(xiàn)程中斷的地方不在安全點(diǎn)上，就恢復(fù)線(xiàn)程，讓它“跑”到安全點(diǎn)上。

現(xiàn)在幾乎沒(méi)有虛擬機(jī)采用這種中斷方式應(yīng)GC事件。

10.1.2主動(dòng)式中斷

當(dāng)GC需要中斷線(xiàn)程的時(shí)候，不直接對(duì)線(xiàn)程操作，僅僅簡(jiǎn)單地設(shè)置一個(gè)標(biāo)志，各個(gè)線(xiàn)程執(zhí)行時(shí)主動(dòng)輪詢(xún)這個(gè)標(biāo)志，發(fā)現(xiàn)中斷標(biāo)志為真時(shí)，就自己中斷掛起。輪詢(xún)標(biāo)志的地方和安全點(diǎn)是重合的，另外再加上創(chuàng)建對(duì)象需要分配內(nèi)存的地方。

10.2安全區(qū)域

安全點(diǎn)機(jī)制保證了程序執(zhí)行時(shí)，在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)就會(huì)遇到可進(jìn)入GC的安全點(diǎn)。但當(dāng)線(xiàn)程處于sleep狀態(tài)或者blocked狀態(tài)時(shí)，這時(shí)候線(xiàn)程可能無(wú)法響應(yīng)JVM的中斷請(qǐng)求，“走到”安全的地方中斷掛起。

對(duì)于這種情況，就需要安全區(qū)域來(lái)解決。

安全區(qū)域是指在一段代碼片段之中，引用關(guān)系不會(huì)發(fā)生變化，在這個(gè)區(qū)域的任何地方開(kāi)始GC都是安全的。因此也可以把安全區(qū)域看做被擴(kuò)展了的安全點(diǎn)。

部分整理自微信公眾號(hào)“Java編程精選”與《深入理解Java虛擬機(jī)——JVM高級(jí)特性與最佳實(shí)踐》

在線(xiàn)程執(zhí)行到Safe Region中的代碼時(shí)，首先標(biāo)識(shí)自己已經(jīng)進(jìn)入到了Safe Region，那樣，當(dāng)在這段時(shí)間里JVM要發(fā)起GC時(shí)，就不用管標(biāo)識(shí)自己為Safe Region狀態(tài)的線(xiàn)程了。在線(xiàn)程要離開(kāi)Safe Region時(shí)，要檢查系統(tǒng)是否已經(jīng)完成了根結(jié)點(diǎn)的枚舉(或者整個(gè)GC過(guò)程)，如果完成了，那線(xiàn)程就繼續(xù)執(zhí)行，否則它就繼續(xù)等待直到收到可以安全離開(kāi)Safe Region的信號(hào)為止。

總之，程序并非是時(shí)時(shí)刻刻都可以去執(zhí)行GC操作，只有程序運(yùn)行到安全區(qū)域的時(shí)候才可以發(fā)起GC的操作。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java垃圾回收（GC）、找垃圾的方式、GC Root、GC停顿、引用、垃圾收集算法、收集器、GC日志、安全点、安全区域的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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