[深入理解JVM虚拟机]第3章-垃圾收集器、内存分配策略

垃圾收集器

判断对象是否需存活

• 回收堆
  • 判断对象是否存活：
    • 方法一：引用计数法。对象被引用一次就+1，当为0时回收对象。缺点：无法解决循环引用问题。
    • 方法二：可达性分析算法。记录当前对象是否有和GC Roots中对象的引用链。（其中，可以作为GCRoots对象的有：虚拟机栈中引用的对象、方法去中类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中引用的对象。）
      • 不可达对象并不是一定被垃圾收集的，当这个对象有必要执行finalize（）并finalize里自己和某个对象建立关联，即可在第二次标记时被移出“即将回收”的集合。但强烈建议不在finalize()里来拯救对象，使用try-finally等其他方式或许更好。
  • 引用分为：强引用（new出来的）、软引用（SoftReference类实现）、弱引用（WeakReference类实现）、虚引用（PhantomReference类实现）。是为了描述一类对象：内存空间还够的时候能保存在内存，不够就可以抛弃这些对象。
• 回收方法区
  • 主要是回收方法区中的废弃常量和无用的类。
    • 废弃常量：假如在常量池中存在字符串 "abc"，如果当前没有任何 String 对象引用该字符串常量，就说明常量 "abc" 就是废弃常量
    • 无用的类必须满足三点：Java堆中不存在该类实例；加载该类的ClassLoader已经被回收；该类对应的java.lang.Class对象没有在其他地方被引用。
    • 无用的类不一定要被回收，可以通过参数与进行控制。

垃圾收集算法（内存回收方法论）

• 分代收集算法：把堆对象分为新生代（存活率低的对象）和老年代（存活率高的对象）。
  • 老年代：
    • 方法一：标记-清除算法：把要回收的对象标记一下，然后清除。缺点：标记和清除两个操作效率低、会造成空间碎片可能导致二次回收。
    • 方法二：标记- 整理算法：把要回收的对象标记一下，然后留下的对象连续排。
  • 新生代：复制算法：
    • 把堆内存分为两部分，只使用其中的一部分装对象，当装不进去后，把留存对象拷贝到另一部分，连续放置。
    • 两部分比例可以超过1：1比如9：1，但要使用内存担保，用老年代的内存空间担保，即1放不下时候放老年代去。所以只适合新生代使用。

HotSpot的算法实现（HotSpot如何发起内存回收）

• 关于枚举根节点：
  • HotSpot中，使用OopMap数据结构使虚拟机直接指导哪些地方存着对象引用，这样GC扫描时可以直接得知这些信息。
  • 具体地，类加载完成后，HotSpot就把对象内什么偏移量是什么数据类型算出来。JIT编译过程中，也会记录下栈和寄存器中哪些位置是引用。
• 安全点：
  • 因为对象引用是变化的，所以OopMap是变化的，但不可能每一时刻都记录对应的OopMap，故只有在安全点才记录了OopMap，GC只有在安全点才回发生，使线程暂停。
  • 如何让所有线程跑到安全点才停下来？主流采用主动式中断，在安全点设置标志，各个线程主动去轮询到没到标志，到了的话就停下。
• 安全区域：
  • 当程序不执行的时候，即没有分配CPU时间的时候，无法响应JVM的中断请求走到安全点挂起，这就需要安全区域。
  • 安全区域是指在一段代码片段中，引用关系不发生变化。
  • 当线程执行到安全区域，就标识进入安全区域，此时JVM发起GC就不用管这个线程了，当线程要离开安全区域时，检查是否已完成了GC，完成即可离开安全区域。

垃圾收集器（内存回收的具体实现、特点）

重点1：CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器：老年代收集器

• 并发的收集器
• 以减少用户线程的停顿，加快响应速度为目标
• 基于标记-清除算法
• 步骤
  • 1 初始标记：标记和GC Roots直接关联的对象（stop worlds）。
  • 2 并发标记：垃圾回收线程和用户线程并发，进行可达性分析，标记所有和GC Roots相连的节点。
  • 3 重新标记：由于上一步可能会有标记更改，对这些更改进行重新标记（stop worlds）。
  • 4 标记清除：垃圾回收线程和用户线程并发，进行标记请清除
• 缺点
  • 1 对CPU资源敏感。因为占用了一部分线程，所以虽然减少停顿，但会导致应用程序变慢，尤其是CPU资源少的时候。
  • 2 无法处理浮动垃圾。由于4标记清除是并发进行的，这一过程用户线程新产生的垃圾本次无法处理，并且要预留一部分内存空间给此时产生的垃圾，如果预留的不够，就会造成本次垃圾收集失败，导致再次GC。
  • 3 由于使用标记-清除算法，所以会产生内存碎片。

重点2：G1 (Garbage-First) 收集器：自己可以负责全部的GC收集

• G1是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器，以极高概率满足 GC 停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征。
• 特点
  • 可以不与其他垃圾收集器配合独自管理GC，但是在内部仍保留分代概念。
  • 整体基于标记-整理算法，局部基于复制算法。
  • 可预测的停顿时间：建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定stop worlds在一个长度为 M 毫秒的时间片段内。 内部实现：使用 Region 划分内存空间，G1 收集器在后台维护了一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先选择回收价值最大的 Region。保证了 GF 收集器在有限时间内可以尽可能高的收集效率（把内存化整为零）。
  • 并行与并发：可利用多颗cpu、多核优势，减少stop worlds 时间。并且支持并发。
• 步骤
  • 初始标记
  • 并发标记
  • 最终标记
  • 筛选回收

Serial收集器（新生代、单线程、复制算法、Client模式）、ParNew收集器（新生代、多线程、复制算法、Server模式）、Serial Old收集器（老年代、单线程、标记整理算法、Client模式）、CMS

这其中的新生代可以与老年代搭配使用。

Parallel Scavenge收集器（新生代、多线程、重吞吐、有自适应调节策略、复制算法） 、Parallel Old收集器（老年代、多线程、标记整理算法）

两者可搭配使用。
重吞吐是指应用程序总体完成时间短，但停顿可能大一些，适合后台、用户交互少的应用。

理解GC日志

GC日志包含：发生时间、停顿类型（GC/Full GC）、DefNew等表示GC发生的区域时新生代/老年代/永久代、GC前后内存总容量变化、堆内存容量变化。

Minor GC 与 Major GC

• 新生代 GC（Minor GC）:指发生新生代的的垃圾收集动作，Minor GC 非常频繁，回收速度一般也比较快。
• 老年代 GC（Major GC/Full GC）:指发生在老年代的 GC，出现了 Major GC 经常会伴随至少一次的 Minor GC（并非绝对），Major GC 的速度一般会比 Minor GC 的慢 10 倍以上。

内存分配

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参考连接

https://github.com/Snailclimb/JavaGuide/blob/master/docs/java/jvm/JVM垃圾回收.md#46-cms-收集器