JVM 垃圾回收GC

一、如果判断对象可以回收

1.1 引用计数法

当一个对象被引用时，就当引用对象的值加一，当值为 0 时，就表示该对象不被引用，可以被垃圾收集器回收。
这个引用计数法听起来不错，但是有一个弊端，如下图所示，循环引用时，两个对象的计数都为1，导致两个对象都无法被释放。

1.2 可达性分析算法 

MAT工具--可视化

Eclipse Memory Analyzer是一个快速且功能丰富的Java堆分析器，可帮助您查找内存泄漏并减少内存消耗。使用Memory Analyzer分析具有数亿个对象的高效堆转储，快速计算对象的保留大小，查看谁阻止垃圾收集器收集对象，运行报告以自动提取泄漏嫌疑者。

下载链接：https://www.eclipse.org/mat/downloads.php

•     JVM 中的垃圾回收器通过可达性分析来探索所有存活的对象
•     扫描堆中的对象，看能否沿着GC Root为起点的引用链找到该对象，如果找不到，则表示可以回收

此算法的核心思想：通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称为“引用链”，当一个对象到 GC Roots 没有任何的引用链相连时(从 GC Roots 到这个对象不可达)时，证明此对象不可用。

注意的是被判定为不可达的对象不一定就会成为可回收对象。被判定为不可达的对象要成为可回收对象必须至少经历两次标记过程，如果在这两次标记过程中仍然没有逃脱成为可回收对象的可能性，则基本上就真的成为可回收对象了。

可以作为 GC Root 的对象

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象（局部变量）。
• 方法区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 JNI（即一般说的Native方法）引用的对象

/**
 * 演示GC Roots
 */
public class Demo2_2 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {
        List<Object> list1 = new ArrayList<>();
        list1.add("a");
        list1.add("b");
        System.out.println(1);
        System.in.read();

        list1 = null;
        System.out.println(2);
        System.in.read();
        System.out.println("end...");
    }
}

对于以上代码，可以使用如下命令将堆内存信息转储成一个文件，然后使用
Eclipse Memory Analyzer 工具进行分析。
第一步：
使用 jps 命令，查看程序的进程

第二步：

使用 jmap -dump:format=b,live,file=1.bin 16104 命令转储文件

• dump：转储文件
• format=b：二进制文件
• file：文件名
• 16104：进程的id

第三步：打开 Eclipse Memory Analyzer 对 1.bin 文件进行分析。

分析的 gc root，找到了 ArrayList 对象，然后将 list 置为null，再次转储，那么 list 对象就会被回收。

1.3 四种引用

强引用

只有所有 GC Roots 对象都不通过【强引用】引用该对象，该对象才能被垃圾回收

软引用（SoftReference）

仅有软引用引用该对象时，在垃圾回收后，内存仍不足时会再次出发垃圾回收，回收软引用对象，可以配合引用队列来释放软引用自身

弱引用（WeakReference）

仅有弱引用引用该对象时，在垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收弱引用对象，可以配合引用队列来释放弱引用自身

虚引用（PhantomReference）

必须配合引用队列使用，主要配合 ByteBuffer 使用，被引用对象回收时，会将虚引用入队，由 Reference Handler 线程调用虚引用相关方法释放直接内存

终结器引用（FinalReference）

无需手动编码，但其内部配合引用队列使用，在垃圾回收时，终结器引用入队（被引用对象暂时没有被回收），再由 Finalizer 线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的 finalize 方法，第二次 GC 时才能回收被引用对象。

软引用演示

/**
 * 演示 软引用
 * -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
 */
import java.io.IOException;
import java.lang.ref.SoftReference;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Code_08_SoftReferenceTest {

    public static int _4MB = 4 * 1024 * 1024;

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        method2();
    }

    // 设置 -Xmx20m , 演示堆内存不足,
    public static void method1() throws IOException {
        ArrayList<byte[]> list = new ArrayList<>();

        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            list.add(new byte[_4MB]);
        }
        System.in.read();
    }

    // 演示 软引用
    public static void method2() throws IOException {
        ArrayList<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB]);
            System.out.println(ref.get());
            list.add(ref);
            System.out.println(list.size());
        }
        System.out.println("循环结束：" + list.size());
        for(SoftReference<byte[]> ref : list) {
            System.out.println(ref.get());
        }
    }
}

method1 方法解析：
首先会设置一个堆内存的大小为 20m，然后运行 mehtod1 方法，会抛异常，堆内存不足，因为 mehtod1 中的 list 都是强引用。

 method2 方法解析：
在 list 集合中存放了 软引用对象，当内存不足时，会触发 full gc，将软引用的对象回收。细节如图：

 上面的代码中，当软引用引用的对象被回收了，但是软引用还存在，所以，一般软引用需要搭配一个引用队列一起使用。
修改 method2 如下：

// 演示 软引用 搭配引用队列
    public static void method3() throws IOException {
        ArrayList<SoftReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
        // 引用队列
        ReferenceQueue<byte[]> queue = new ReferenceQueue<>();

        for(int i = 0; i < 5; i++) {
            // 关联了引用队列，当软引用所关联的 byte[] 被回收时，软引用自己会加入到 queue 中去
            SoftReference<byte[]> ref = new SoftReference<>(new byte[_4MB], queue);
            System.out.println(ref.get());
            list.add(ref);
            System.out.println(list.size());
        }

        // 从队列中获取无用的 软引用对象，并移除
        Reference<? extends byte[]> poll = queue.poll();
        while(poll != null) {
            list.remove(poll);
            poll = queue.poll();
        }

        System.out.println("=====================");
        for(SoftReference<byte[]> ref : list) {
            System.out.println(ref.get());
        }
    }

弱引用演示

import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

/**
 * 演示弱引用
 * -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
 */
public class Code_09_WeakReferenceTest {

    public static void main(String[] args) {
//        method1();
        method2();
    }

    public static int _4MB = 4 * 1024 *1024;

    // 演示 弱引用
    public static void method1() {
        List<WeakReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<>(new byte[_4MB]);
            list.add(weakReference);

            for(WeakReference<byte[]> wake : list) {
                System.out.print(wake.get() + ",");
            }
            System.out.println();
        }
    }

    // 演示 弱引用搭配 引用队列
    public static void method2() {
        List<WeakReference<byte[]>> list = new ArrayList<>();
        ReferenceQueue<byte[]> queue = new ReferenceQueue<>();

        for(int i = 0; i < 9; i++) {
            WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<>(new byte[_4MB], queue);
            list.add(weakReference);
            for(WeakReference<byte[]> wake : list) {
                System.out.print(wake.get() + ",");
            }
            System.out.println();
        }
        System.out.println("===========================================");
        Reference<? extends byte[]> poll = queue.poll();
        while (poll != null) {
            list.remove(poll);
            poll = queue.poll();
        }
        for(WeakReference<byte[]> wake : list) {
            System.out.print(wake.get() + ",");
        }
    }

}

二、垃圾回收算法

2.1 标记清除

定义：Mark Sweep

• 速度较快
• 会产生内存碎片

2.2 标记整理

定义：Mark Compact

• 速度慢
• 没有内存碎

2.3 复制

Copy

• 不会有内存碎片
• 需要占用两倍内存空间
  

三、分代垃圾回收

  分代的垃圾回收策略，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。

虚拟机中的共划分为三个代：

•  新生代（Young Generation）
• 老年点（Old Generation）
• 持久代（Permanent Generation）

其中持久代主要存放的是Java类的类信息，与垃圾收集要收集的Java对象关系不大。年轻代和年老代的划分是对垃圾收集影响比较大的。

年轻代　　

所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。年轻代分三个区。一个Eden区，两个Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个的一个），当这个Survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor去也满了的时候，从第一Survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制“年老区(Tenured)”。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来 对象，和从前一个Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。同时，根据程序需要，Survivor区是可以配置为多个的（多于两个），这样可以增加对象在年轻代中的存在时间，减少被放到年老代的可能。

年老代

在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

持久代

　　用于存放静态文件，如今Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例Hibernate等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=<N>进行设置。

分代垃圾回收过程

•  新创建的对象首先分配在 eden 区
•  新生代空间不足时，触发Minor GC ，eden 区 和 from 区存活的对象使用 - copy 复制算法到 to 中，存活的对象年龄加1，然后交换 from  to 的位置，空出大量连续内存区，放对象，反复。

• minor gc 会引发 stop the world(SWT)，暂停其他线程（垃圾回收时会涉及大量关于对象的复制，其他线程会产生不必要的麻烦，如线程不到对象了，因为地址变化了），等垃圾回收结束后，恢复用户线程运行    当幸存区对象的寿命超过阈值时，会晋升到老年代，最大的寿命是 15（4bit）----多次回收还存在，说明价值较高，放入老年代，不用频繁回收。
• 当老年代空间不足时，会先触发 minor gc，如果空间仍然不足，那么就触发 full fc ，STW停止的时间更长！
  

3.1 相关 JVM 参数

含义	参数
堆初始大小	-Xms
堆最大大小	-Xmx 或 -XX:MaxHeapSize=size
新生代大小	-Xmn 或 (-XX:NewSize=size + -XX:MaxNewSize=size )
幸存区比例（动态）	-XX:InitialSurvivorRatio=ratio 和 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
幸存区比例	-XX:SurvivorRatio=ratio
晋升阈值	-XX:MaxTenuringThreshold=threshold
晋升详情	-XX:+PrintTenuringDistribution
GC详情	-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
FullGC 前 MinorGC	-XX:+ScavengeBeforeFullGC

3.2 GC分析

public class Code_10_GCTest {
 
    private static final int _512KB = 512 * 1024;
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    private static final int _6MB = 6 * 1024 * 1024;
    private static final int _7MB = 7 * 1024 * 1024;
    private static final int _8MB = 8 * 1024 * 1024;
 
    // -Xms20m -Xmx20m -Xmn10m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        list.add(new byte[_6MB]);
        list.add(new byte[_512KB]);
        list.add(new byte[_6MB]);
        list.add(new byte[_512KB]);
        list.add(new byte[_6MB]);
    }
 
}

通过上面的代码，给 list 分配内存，来观察 新生代和老年代的情况，什么时候触发 minor gc，什么时候触发 full gc 等情况，使用前需要设置 jvm 参数。

https://blog.csdn.net/tangxi666/article/details/120099718#comments_18199764