垃圾回收与内存分配——总结篇

Posted 2020-12-16 codemlb

垃圾回收与内存分配

• 垃圾回收与内存分配
  • 一些基础
  • 垃圾回收算法
  • 垃圾回收器
  • 常见问题

一些基础

• 对象的四种引用类型

  • 强引用，内存不足时报错oom，但不会该类对象
  • 弱引用，当内存不足时才会回收
  • 软引用，不管内存是否充足，在gc都会回收
  • 虚引用，任何时候都可以被回收

• 怎么判断对象是否仍在使用？

  • 引用计数法
    每个对象有一个引用计数属性，当被引用时计数+1，当引用释放时-1。两个对象互相循环使用时会导致对象无法回收
  • 可达性分析——Java默认
    若从GC Roots向下搜索时，走过的路径称为引用链。当对象没有任何引用链时代表已不可用。

• 可作为GC Roots的对象有哪几类？

  • 虚拟机栈中引用的对象
  • 方法区类静态属性引用的对象
  • 方法区常量引用的对象
  • 本地方法中引用的对象

• 方法区回收的必要条件

  主要回收两部分内容：废弃的常量和不再使用的类型。性价比很低

  • 该类所有实例都已被回收
  • 该类对应的类加载器已被回收（很难）
  • 无法通过反射访问该类（该类对应的java.lang,Class没有被引用）

• 安全点和安全区域

  HotSpot没有为每一条指令生成OopMap，只在“特定位置”记录了这些信息（OopMap可理解成附加信息，对栈内的数据进行说明），这些位置称为安全点，线程在安全点可以被确定，从而确定GC Roots信息。

  • 安全点特定位置

    1. 循环的末尾
    2. 方法返回前
    3. 调用方法的Call之后
    4. 抛出异常的位置

  • 安全区域

  安全区域是指一段代码片中，引用关系不会发生变化，在这个区域任何地方 GC 都是安全的，安全区域可以看做是安全点的一个扩展

  • 线程中断的方式
  1. 主动式：不对线程操作，简单的设置一个标记位，线程不断主动轮询这个标志位状态，为真时，线程在最近的安全点挂起
  2. 被动式：系统直接把所有线程中断，如发现有的线程不在安全点时，就恢复执行到最近的安全点（不采用）

• 并发情况下的可达性变动解决算法（G1和cms）

  • 增量空间算法——CMS
    当出现新的引用对象时，则记录下该对象，待扫描结束后再以此为根重新扫描一次
  • 原始快照算法——G1
    当出现删除引用时，将要删除的引用记录下来，待扫描结束后再将该对象为根重新扫描

垃圾回收算法

• 标记-清除算法
  标记需要回收的对象或不需要回收的对象，再统一清除。
  缺点：

  1. 效率不稳定，无论标记还是清除，效率都会随着对象增多而降低
  2. 内存空间碎片化

• 标记-复制算法
  把内存空间分为两块，每次只使用其中一块，当该块内存不足后，把存活的对象复制到另一块，再把原空间一次性清除。
  优点：没有内存碎片。
  缺点：内存空间利用率低；当存活对象较多时，效率变低

• 标记-整理算法
  标记完成后，将存活的对象向一端移动，清除边界以外的内容
  优点：内存规整，对象赋值/创建速度快
  缺点：标记、清理效率不高

• 分代收集

  分代收集是将对象按照存活时间进行分代（新生代和老年代），根据不同区域的特点结合前三种算法进行收集

  • 新生代，每次垃圾收集都有大量对象死去，选用标记-复制算法

    新生代复制算法的改进：许多新生代的对象存活时间较短，不需要按照1:1的比例进行复制算法内存分配，可将内存分为较大的Eden区和两块较小的Survivor，回收时将Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性地复制到另外一块 Survivor 空间上，最后清理掉 Eden 和刚才用过的 Survivor 空间

  • 老年代，对象存活率较高，没有其余区域可以进行分配担保，使用标记-清除、标记-整理算法

垃圾回收器

• 新生代

  • Serial
    串行，标记复制算法。客户端默认新生代收集器
  • ParNew
    并行，标记复制算法；只有ParNew和serial可以配合CMS使用
  • Parallel Scavenge
    并行，标记复制算法；吞吐量优先收集器，可控制吞吐量（用户代码运行时间/总时间）
    1. 最大垃圾收集停顿时间参数[绝对值]
    2. 垃圾回收时间占总时间比率参数[相对值]
    3. 自适应调节空间参数[布尔值]，开启后可自动调节Eden、Survivor区域大小

• 老年代

  • Serial Old
    标记整理算法，主要供客户端模式，若用于服务端：与Parallel Scavenge搭配使用；或者作为CMS发生失败后的与预案
  • Parallel Old
    标记整理算法，Parallel Scavenge的老年版
  • CMS

• CMS

  响应时间优先，标记清除算法。多用于B/S架构的服务端上

  • 四个步骤：
    1. 初始标记：STW，只标记GC Roots直接关联到的对象
    2. 并发标记：与用户线程一起遍历整个对象图
    3. 重新标记：STW，修整并发标记期间，因用户线程导致引用变化的部分（增量更新算法实现）
    4. 并发清除：与用户线程并行，清除已死亡的对象
  • 三个缺点：
    1. 对处理器资源敏感，默认启动线程数（处理器核心数+3）/4
    2. 产生浮动垃圾。并发标记和清除阶段会与用户线程一起运行，所以需要预留一部分空间供用户线程使用，当空间不足时，会临时启用预案：使用serial old进行标记整理
    3. 标记清除算法导致内存碎片。大对象不够分配时，触发full gc耗时。可设置参数，多次清楚后，在下一次full gc前进行一次整理

• G1

  面向整个堆空间的Region布局形式，每个Region都可以扮演Eden、Survivor或老年代空间。允许设定收集停顿时间

  • 四个步骤：
  1. 初始标记：在minor gc阶段只标记gc Roots引用的对象，所以不存在停顿
  2. 并发标记：与用户线程并发执行，标记完成后处理SATB（原始快照算法）记录在并发时有变动的对象
  3. 最终标记：STW（短暂），处理并发结束后仍遗留的少量SATB记录
  4. 筛选回收：STW，对各Region的回收价值与成本进行排序，根据期望停顿时间指定回收计划。将存活对象复制到空闲Region后，清除原Region

常见问题

• finalize() 方法什么时候被调用？它的目的是什么？
  对象被释放前被垃圾回收器调用，目的是释放该对象所持有的资源（对外内存、长连接等），且该方法只会被调用一次。（不建议使用）
• 为什么要有不同的引用类型？
  由于gc回收时机不可控，且有时候需要适当的控制对象被回收的时机。比如新建 Person类，每次查询信息都需要重新构建实例，对象生命周期过短，引起巨大的消耗。听过软引用和HashMap的结合可以构建高速缓存，提升性能。