03_垃圾回收

【简述】

垃圾回收GC（Garbage Collection），GC中的垃圾，特指存于内存中不会再使用的对象，回收相当于清除垃圾。

垃圾回收有很多种算法，如：引用计数法、标记压缩法、复制算法、分代分区思想。

[ 引用计数法 ]

是比较古老经典的垃圾收集算法，其核心就是对象在被其引用时计数器+1，而当引用失效时-1，这种方式有一个非常严重的问题：无法处理循环引用的情况，且每次进行操作比较浪费系统性能。

[ 标记清除法 ]

分为标记和清除两个阶段来处理内存中的对象。这种方式也有一个弊端：空间碎片问题，垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内存空间。

[ 复制算法 ]

其核心思想就是将内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存留对象复制到未被使用的内存块中，之后去清除之前正在使用的内存块中的所有对象，反复去交换这两个内存的角色，完成垃圾收集。

Java中新生代的from和to区就是使用这个算法。

[ 标记压缩法 ]

标记压缩法对标记清除法基础上做了优化，把存活的对象压缩到内存一段，然后进行垃圾清除。

Java中老年代使用的就是标记压缩法。

【 分代算法和分区算法 】 

[ 分代算法 ]

就是根据对象的特点把内存分成N块，然后根据每个内存的特点使用不同的算法。

对于新生代和老年代来说，新生代回收的频率很高，但是每次回收耗时都很短。

而老年代回收的频率很低，相对耗时会比较长，所以应该尽量减少老年代的GC。

[ 分区算法 ]

主要就是将整个内存分为N多个小的独立空间，每个小空间都可以独立使用，这样细粒度地控制一次回收多少个小空间和哪些小空间，而不是对整个空间进行GC，从而提升性能，并减少GC的停顿时间。

【垃圾回收时的停顿现象】

垃圾回收器的任务是识别和回收垃圾对象进行垃圾清理，为了让垃圾回收器高效地执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿的状态，停顿的目的是终止所有的应用程序，只有这样系统才不会有新的垃圾产生，同时停顿保证了系统状态在某一瞬间的一致性，也有利于更好地标记垃圾对象。

因此在垃圾回收的时，都会产生应用程序的停顿。

【对象如何进入老年代】

 一般对象首次创建会被放在新生代的eden区域，如果没有GC介入，则对象不会离开eden区。

那么对象怎么进入老年代呢？

一般来讲，只要对象的年龄达到一定的大小后，就会自动离开新生代进入老年代，对象的年龄是由对象经历数次GC决定的，在新生代每次GC之后如果对象咩有被回收则年龄+1，虚拟机提供了一个参数来控制新生代对象的最大年龄，当超过这个年龄范围就会晋升到老年代。

-XX:MaxTenuringThreshold，默认情况下是15。

【初始的对象分配在eden区】

package com.jvm.demo01;

public class Demo05 {

    public static void main(String[] args) {
        //初始的对象在eden区
        //参数：-Xmx64M -Xms64M -XX:+PrintGCDetails
        for(int i=0; i< 5; i++){
            byte[] b = new byte[1024*1024];
        }
    }
}

【-Xmx64M -Xms64M -XX:+PrintGCDetails 运行结果】

【测试进入老年代的对象】

package com.jvm.demo01;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Demo05 {

    public static void main(String[] args) {

        //测试进入老年代的对象
        //参数：-Xmx1024M -Xms1024M -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=15 -XX:+PrintGCDetails 
        //每次分配1M内存，执行6000次
        for(int k = 0; k<20; k++) {                
            for(int j = 0; j<300; j++){
                byte[] b = new byte[1024*1024]; 
            }
        }
    }
}

【运行结果】

[ 总结 ]

根据设置MaxTenuringThresgold参数，可以指定新生代对象经历多少次回收后进入老年代。

另外，大对象（新生代eden区无法装入时，也会直接进入老年代）。JVM里有个参数可以设置对象的大小超过指定的大小之后，直接进入老年代（针对大对象）。

-XX:PretenureSizeThreshold  

【大对象直接进入老年代的例子】

package com.jvm.demo01;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Demo06 {
        
    public static void main(String[] args) {
        //-XX:PretenureSizeTheshold 可以直接指定进入老年代的对象大小 -XX:PretenureSizeThreshold=1024*1000  < 1024*1024  
        //-Xmx30m -Xms30m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetail -XX:PretenureSizeThreshold=1024000
        Map<Integer, byte[]> m = new HashMap<Integer, byte[]>();
        
        for(int i=0;i<5;i++){
            byte[] b =new byte[1024*1024]; //每次分配的对象大小都大于设定的1024*1000
            m.put(i, b);
        }
    }
    
}

【大对象直接进入老年代的运行结果】

【-XX:PretenureSizeThreshold  设置的值较小(1024B)，生成对象(1024)稍大，但没有存入老年代的例子】

package com.jvm.demo01;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Demo06 {
        
    public static void main(String[] args) {
        //1.默认使用TLAB区
        //参数：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000
        //这种现象原因为：虚拟机对于体积不大的对象 会优先把数据分配到TLAB区域中，因此就失去了在老年代分配的机会
        //2.禁用TLAB区
        //参数：-Xmx30M -Xms30M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -XX:PretenureSizeThreshold=1000 -XX:-UseTLAB
        Map<Integer, byte[]> m = new HashMap<Integer, byte[]>();
        for(int i=0; i< 5*1024; i++){   //5*1024次
            byte[] b = new byte[1024];   //每次1024B
            m.put(i, b);
        }
    }
    
}

【使用TLAB区域运行结果】

【禁用TLAB区域运行结果 -XX:-UseTLAB】

[ 总结 ] 

使用PretenureSizeTheshold可以直接指定进入老年代的对象大小，但是要注意TLAB区域的优先分配空间。

【TLAB区域】

TLAB区域全称是Thread Local Allocation Buffer ，即线程本地分配缓存，从名字上看是一个线程专用的内存专用分配区域，是为了加速对象的分配而诞生的。每一个线程都会产生一个TLAB，该线程独享的工作区域，Java虚拟机使用这种TLAB区域来避免多线程冲突问题，提高了对象分配的效率。TLAB空间一般不会太大，当大对象无法在TLAB分配时，则会直接分配到堆上。

[ 参数 ]

-XX:+UseTLAB  设置TLAB

-XX:+TLABSize  设置TLAB大小

-XX:TLABRefillWasteFraction  设置维护进入TLAB空间的单个对象的大小，它是一个比例值，默认为64，即如果对象大于整个空间的1/64，则在堆创建对象。

-XX:+PrintTLAB  查看TLAB信息

-XX:ResizeTLAB  自调整TLABRefillWasteFraction阈值

 [ 一个对象的创建流程  ]

一个对象创建在什么位置，我们的Jvm会有一个比较细节的流程，根据数据的大小，参数的设置，决定如果创建分配，以及其位置。