• 7-1 垃圾回收之标记算法
• 7-2 Java垃圾回收之回收算法
• 7-3 Java垃圾回收之新生代垃圾收集器
• 7-4 Java垃圾回收之老年垃圾收集器
• 7-5 Java垃圾回收之常见面试题

7-1 垃圾回收之标记算法

• 被判定为垃圾的标准
  • 没有被其他对象引用
• 判定为垃圾的算法
  • 引用计数算法(判断对象的引用数量)
    • 通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收
    • 每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1
    • 任何引用计数为0的对象实例可以被当做垃圾收集
    • 优点：执行效率高，程序执行收影响较小
    • 缺点：无法检测出循环引用的情况，导致内存泄露
  • 可达性分析算法(判断对象的引用链是否可达)
    • 通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收
  • 可以作为GC Root的对象
    • 虚拟机栈中的引用对象（栈帧中的本地变量表）
    • 方法区中的常量引用对象
    • 方法区中的类静态属性引用对象
    • 本地方法栈中 JNI（Native 方法）的引用对象
    • 活跃线程的引用对象

7-2 Java垃圾回收之回收算法

• 标记-清楚算法（Mark and Sweep）
  
  • 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
  • 清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象内存
  • 优点：效率高，因为不需要对对象的移动操作
  • 缺点：碎片化，标记清除之后会留下大量不连续的内存空间，碎片太多可能会导致以后程序运行过程中无法提供连续内存，而不得不进行另一次垃圾回收
• 复制算法（Copying）
  
  • 分为对象面和空闲面
  • 对象在对象面上创建
  • 存活的对象从对象面复制到空闲面
  • 将对象面所有对象内存清除
  • 优点：
    • 解决了碎片化的问题（每次复制到空闲面的对象都是连续排放的）
    • 顺序分配内存，简单高效（每次直接清理一半的内存空间）
    • 适用于对象存活率低的场景，比如年轻代，因为年轻代一般只有10%的对象存活，所以使用这种算法效率还不错
  • 缺点：在应对对象存活率较高时就有些力不从心了，因为有较多的复制操作，效率将会变低。而且不想浪费额外的50%空间，就需要更多的空间进行担保，因为需要应对所有对象都100%存活的极端情况，所以老年代一般不能选用这种算法。
• 标记-整理算法（Compacting）
  
  • 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
  • 清除：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序一次排序，然后将末端内存地址以后的内存全部回收
  • 优点：
    • 解决了内存碎片化的问题，清理之后内存是连续的
    • 不用设置两块内存互换
    • 适用于存活率较高的场景
  • 缺点：需要移动标记存活的对象，成本较高
• 分代收集算法（Generational Collector）-现在主流的GC算法
  • 垃圾回收算法的组合拳
  • 按照对象生命周期的不同划分区域以采用不同的垃圾回收算法
  • 目的：提高JVM的回收效率
  • JDK8之后没有永久代，但是年轻代、老年代都保留了下来，年轻代使用的是复制算法，老年代使用的标记整理算法
• 分代收集算法的GC分几种？
  • Minor GC（发生在年轻代中的垃圾收集工作，使用复制算法。年轻代是所有java对象出生的地方，新对象一般存活率较低，所以MinorGC比较频繁）
  • Full GC

• 年轻代：尽可能快速的收集掉哪些生命周期短的对象
  • Eden区
  • 两个Survivor区
• 对象如何晋升为老年代：
  • 经历一定Minor次数依然存活的对象（默认15岁）
  • Survivor区放不下的对象
  • 新生成的大对象（可以设置-XX:+PretenuerSizeThreshold设置大对象大小，超过这个大小的大对象会直接放入老年代）
• 常用的调优参数：
  • -XX:SurvivorRatio：Eden和Survivor的比值，默认8：1
  • -XX:NewRatio：老年代和年轻代内存大小比例，比如2表示老年代是年轻代的2倍
  • -XX:MaxTenuringThreshold：对象从年轻代晋升到老年代经过 GC 次数的最大阀值
• 老年代：存放生命周期较长的对象
  • 标记-清理算法
  • 标记-整理算法
• 触发FullGC的条件？
  • 老年代空间不足（最好不要创建太大对象）
  • 永久代空间不足（JDK7以前的版本，这也是JDK8使用元空间替代永久代的原因，降低了FullGC的频率）
  • CMS GC时出现promotion failed ，concurrent mode failure（注意日志里是否出现这两个情况，这两种情况很容易触发FullGC）
  • Minor GC 晋升到老年代的平均大小大于老年代剩余空间（hotspot在进行MinorGC做了个统计，如果晋升到老年代的平均大小大于老年代剩余空间就直接触发Full GC）
  • 调用System.gc()（这只是程序提醒虚拟机，码农希望这里进行一下回收，但回不回收还是要看JVM）
  • 使用RMI来进行RPC或者管理JDK应用，默认每小时执行一次FullGC

7-3 Java垃圾回收之新生代垃圾收集器

• Stop-the-World
  • JVM由于要执行GC而停止了应用程序的执行（处于stop-the-world的状态时，除了GC的线程以外的所有线程都处于等待状态，直到GC完成）
  • 任何一种GC算法中都会发生
  • 多数GC优化通过减少Stop-the-World发生的事件来提高程序性能，达到高吞吐低停顿的特点
• Safepoint：安全点
  • 分析过程中对象引用关系不会发生变化的点
  • 产生Safepoint的地方：方法调用、循环跳转、异常跳转等
  • 安全点的数量适中（太少会让GC等待太长时间，太多会增加程序的负荷）
• JVM的运行模式
  • Server（启动较慢，但是启动居于稳定之后，Server的运行速度比Client要快，因为Server采用的是重量级的虚拟机，对程序做了更多优化）
  • Client（启动较快，Client采用的是轻量级的虚拟机）
• 常见的垃圾回收器
  
• Serial收集器（-XX:UseSerialGC，复制算法）
  
  • 单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程
  • 简单高效，依然是现在Client模式下的默认年轻代收集器
• ParNew收集器（+XX:UseParNewGC，复制算法）
  
  • 多线程收集，其余的行为、特点和Serial收集器一样（是Server模式下的首选的年轻代收集器）
  • 单核执行效率不如Serial，在多核下执行才有优势
• Parallel Scavenge收集器（+XX+UseParallelGC，复制算法）
  
  • 比起关注用户线程停顿时间，更关注系统的吞吐量
  • 在多核下执行才有优势，Server模式下的默认年轻代收集器
  • 可以使用Parallel Scavenge收集器配合-XX:UseAdaptiveSizePolic会把内存管理的调优交给虚拟机完成

7-4 Java垃圾回收之老年垃圾收集器

• Serial Old收集器（+XX:+UseSerialOldGC，标记-整理算法）
  
  • 单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程
  • 简单高效，Client模式下的默认老年代收集器
• Parallel Old收集器（-XX:+UseParallelOldGC，标记-整理算法）
  
  • 多线程，吞吐量优先
• CMS收集器（-XX:+UseConcMarkSweep，标记-清除算法）
  
  • 初始标记：stop-the-world（只做标记，虽然暂停了JVM但是很快完成了）
  • 并发标记：并发追溯标记，程序不会停顿
  • 并发预清理：查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象
  • 重新标记：stop-the-world 暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象（扫描从跟对象开始，向下追溯，并处理关联，这一步会相对较慢）
  • 并发清理：清理垃圾对象，程序不会停顿
  • 并发重置：重置CMS收集器的数据结构
• Garbage First ：G1收集器（-XX:+UseG1GC，复制+标记-整理算法，既用于年轻代又用于老年代的收集器)
  • 并发和并行（使用多个cpu缩短stop-the-world的时间，与用户线程并发执行）
  • 分代收集（独立管理整个堆，但是使用不同的方法处理新创建的对象和已经存活了一段时间的对象，效果更好）
  • 空间整合（标记整理算法，解决碎片化问题）
  • 可预测的停顿（可以用户可以设置垃圾收集工作不得超过N毫秒）
  • 将整个java堆内划分成多个大小相等的Region
  • 年轻代和老年代不再物理隔离

7-5 Java垃圾回收之常见面试题

• Object的finalize()方法的作用是否与C++的析构函数作用相同？

  • 与C++的析构函数不同，析构函数调用是确定的，而finalize是不确定的
  • 将未被引用的对象放置于F-Queue队列
  • 方法执行随时可能会被终止（因为finalize线程优先级比较低）
  • 给予对象最后一次重生的机会

  package com.imocc.javabasic.bytecode.jvm.gc;
  
  /**
  * @author zhangjingyu
  */
  public class Finalization {
      public static Finalization finalization;
  
      @Override
      protected void finalize() {
          System.out.println("Finalized");
          finalization = this;
      }
  
      public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
          Finalization f = new Finalization();
          System.out.println("First print: " + f);
          f = null;
          System.gc();
          //休息一段时间，让垃圾回收线程执行完成
          Thread.currentThread().sleep(100);
          System.out.println("Second print: " + f);
          System.out.println(f.finalization);
      }
  }
  

  

• java中强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么用？

  • 强引用（Strong Reference）

    • 最普遍的引用：Object obj = new Object()
    • 抛出OutOfMemoryError终止程序也不会回收具有强引用的对象
    • 通过将对象设置为null来弱化引用，将其回收

    String str = new String("zjy");//强引用
    

  • 软引用（Soft Reference）

    • 对象处在有用但非必须的状态
    • 只有当内存空间不足时，GC会回收该引用的对象内存
    • 可以用来实现高速缓存

     String str = new String("zjy");
     SoftReference<String> softRef = new SoftReference<String>(str);//软引用
    

  • 弱引用（Weak Reference）

    • 非必须的对象，比软引用更弱一些
    • GC时会被回收
    • 被回收的概率也不大，因为GC线程优先级比较低
    • 适用于引用偶尔被使用且不影响垃圾收集的对象

    String str = new String("zjy");
    WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<String>(str);//弱引用
    

  • 虚引用（PhantomReference）

    • 不会决定对象的生命周期
    • 任何时候都可能被垃圾收集器回收
    • 跟踪对象被垃圾收集器回收的活动，起哨兵作用
    • 必须和引用队列ReferenceQueue联合使用

    String str = new String("zjy");
    ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
    PhantomReference ref = new PhantomReference(str,queue);//虚引用
    

  • 强引用>软引用>弱引用>虚引用

    引用类型	被垃圾回收时间	用途	生存时间
    强引用	从来不会	对象的一般状态	JVM 停止运行时终止
    软引用	在内存不足时	对象缓存	内存不足时终止
    弱引用	再垃圾回收时	对象缓存	GC运行后终止
    虚引用	Unknown	标记、哨兵	Unknown

• 引用队列（ReferenceQueue）

  • 无实际存储结构，存储逻辑依赖于内部节点之间的关系来表达，是链表实现的串联起来的
  • 存储关联的且被GC的软引用，弱引用以及虚引用