Java虚拟机学习之垃圾回收

垃圾回收是Java最大的特点之一，由于垃圾回收是java虚拟机自动进行，在代码开发中不用去管理垃圾什么时候回收。而且现在集群部署及机器物理内存可扩增，内存问题在很多开发场景都被忽略，都是让Java虚拟机自己管理。

怎么确定一个对象可以被回收

最主要的两个垃圾回收算法就是引用计数和跟踪搜索算法，引用计数算法就是给对象添加一个计数器，当被引用时就加1，引用失效时就减1，在任何情况下都为0时，该对象就可以被回收；但这种算法难以解决对象环状循环引用的问题。

跟踪搜索算法在《深入理解Java虚拟机》书中定义为：通过一系列命名为“GC Root”的节点向下搜索，当一个对象到“GC Root”节点没有任何引用，即到“GC Root”节点不可达，则该对象就可以被回收。

至于"GC Root”节点定义

1、虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用的对象。
2、方法区中的类静态属性引用的对象。
3、方法区中的常量引用的对象。
4、本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）的引用的对象。

垃圾回收的方法

标记清除算法（Mark-Sweep）
顾名思义，先将需要回收的对象进行一一标记，完成之后进行统一的回收。这是最基本垃圾回收算法，但是在最初标记的时候以及清除垃圾的时候效率都不高，并且在清除后以前被占用的内存就变成了不连续的内存碎片，在存放大对象时很可以为因为连续的内存不够而引发Full GC。

复制算法
复制算法为了解决效率，将内存划分为相同的两快，每次存放时只存放一边，内存满了之后就将存货的复制到另一边，然后对剩下的进行垃圾清理，每次回收时只用移动对象内存指针，按照顺序分配，且不用考虑内存碎片的问题，简单高效。现在的分代收集算法中新生代基本就是按照这种算法实现。但对存放时间长的对象，每次就要进行多次复制，而且还需要额外的空间担保，所以并不适用于老年代。

标记整理算法
与标记清楚算法前部分一样，在清理对象时，将存活的对象移动并按顺序排列，完成后将存货对象界限意外的删除，这种多用于老年代收集
。

分代收集算法，将内存根据对象不同的生命周期划分为几块，一般分为新生代、老年代、持久区等，然后每个分区选择当前最合适的垃圾回收算法。


垃圾回收

在run configuration 中添加：

-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCTimeStamps

意思是运行的初始和最大内存为jvm20m，新生代使用10m。-XX:SurvivorRatio=8 表示新生代中eden和survivor的比例，由于survivor是同时存在2个，所以为8:1:1，-XX:+PrintGCDetails打印GC日志， -XX:+PrintGCTimeStamps 打印时间

public class JavaOOMError {
	
	private static  byte[] bts = null;
	
	
	public static void init(){
		bts = new byte[3 * 1024 * 1024];
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		
		init();
		
		byte[] bts1 = new byte[1 * 1024 * 1024];
		System.out.println("-----" + 1);
		byte[] bts2 = new byte[2 * 1024 * 1024];
		System.out.println("-----" + 2);
		byte[] bts3 = new byte[3 * 1024 * 1024];
		System.out.println("-----" + 3);
		byte[] bts4 = new byte[4 * 1024 * 1024];
		System.out.println("-----" + 4);
//		bts4 = null;
		byte[] bts5 = new byte[5 * 1024 * 1024];
		System.out.println("-----" + 5);
	}
}

运行结果：

-----1
-----2
0.644: [GC (Allocation Failure) 0.645: [DefNew: 6807K->482K(9216K), 0.0102920 secs] 6807K->6626K(19456K), 0.0109738 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
-----3
-----4
0.658: [GC (Allocation Failure) 0.658: [DefNew: 7812K->7812K(9216K), 0.0000349 secs]0.658: [Tenured: 6144K->9216K(10240K), 0.0090041 secs] 13956K->13793K(19456K), [Metaspace: 1636K->1636K(4480K)], 0.0095951 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
0.667: [Full GC (Allocation Failure) 0.667: [Tenured: 9216K->9216K(10240K), 0.0030476 secs] 13793K->13782K(19456K), [Metaspace: 1636K->1636K(4480K)], 0.0031219 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.test.gc.JavaOOMError.main(JavaOOMError.java:51)
Heap
 def new generation   total 9216K, used 4893K [0x03e00000, 0x04800000, 0x04800000)
  eden space 8192K,  59% used [0x03e00000, 0x042c7458, 0x04600000)
  from space 1024K,   0% used [0x04700000, 0x04700000, 0x04800000)
  to   space 1024K,   0% used [0x04600000, 0x04600000, 0x04700000)
 tenured generation   total 10240K, used 9216K [0x04800000, 0x05200000, 0x05200000)
   the space 10240K,  90% used [0x04800000, 0x05100090, 0x05100200, 0x05200000)
 Metaspace       used 1654K, capacity 2242K, committed 2368K, reserved 4480K

在打印3前新生代执行一次Minor GC，由于初始化的静态变量占了3M，后面用new 了1和2 共3M对象，所以第三次执行新生代剩余的不足2M，后面的在new一个3M大对象无法存放时，就会执行一次垃圾会后，回收后新生代空间 “ 6807K->482K(9216K） ”，之前的6m就被放到老年代（之所以不能被清除，是因为所有的对象都是通过New关键字出来）；

在3和4被执行后，执行5时，由于此时5的需要的空间为5M，新生代已被占用7M，空间不足，会执行垃圾回收，执行minor GC后，将3放到老年代中 Tenured: 6144K->9216K(10240K) ，但是新生代发现内存还是不够，执行Full GC，最后还是没有可连续的5M内存空间，就只能报“OutOfMemoryError: Java heap space”异常。

从上面可以看出，java垃圾回收的一个具体信息，在上面代码中，如果将 bts4 = null;注释去掉，再次执行

-----1
-----2
0.757: [GC (Allocation Failure) 0.758: [DefNew: 6807K->482K(9216K), 0.0059942 secs] 6807K->6626K(19456K), 0.0066999 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
-----3
-----4
0.765: [GC (Allocation Failure) 0.765: [DefNew: 7812K->7812K(9216K), 0.0000312 secs]0.765: [Tenured: 6144K->9697K(10240K), 0.0050508 secs] 13956K->9697K(19456K), [Metaspace: 1636K->1636K(4480K)], 0.0051905 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
-----5
Heap
 def new generation   total 9216K, used 5446K [0x03e00000, 0x04800000, 0x04800000)
  eden space 8192K,  66% used [0x03e00000, 0x04351af0, 0x04600000)
  from space 1024K,   0% used [0x04700000, 0x04700000, 0x04800000)
  to   space 1024K,   0% used [0x04600000, 0x04600000, 0x04700000)
 tenured generation   total 10240K, used 9697K [0x04800000, 0x05200000, 0x05200000)
   the space 10240K,  94% used [0x04800000, 0x05178440, 0x05178600, 0x05200000)
 Metaspace       used 1640K, capacity 2242K, committed 2368K, reserved 4480K

并没有报出异常，主要在放入4后，执行5时，内存不够执行垃圾回收，由于此时4已经属于不存活对象，被回收掉，3转到了老年代；此时新生代的空间足够放入5，所以并不会执行Full GC。