【JVM学习】垃圾收集器与内存分配策略

垃圾收集器与内存分配策略

对象已死？(判断对象是否可以回收)

引用

• reference类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址

  • 强引用：代码中的引用赋值 例如 new对象；意义：对象不会被回收
  • 软引用：还有用非必须的对象；意义：在系统将要发生内存溢出前回收
  • 弱引用：非必须对象；意义：每次垃圾回收时都会被清理
  • 虚引用：最弱的一种引用；意义：可以让一个对象被回收时收到一个系统通知

引用计数算法

• 在对象中添加一个引用计数器，被引用加一，引用失效减一，为零就不会再使用可以回收
• 优点：原理简单，效率高
• 缺点：实用性不强，例如 很难解决对象间的互相循环引用的问题

可达性分析算法

• 判断某个对象到GC Roots间有没有引用链相连，如果没有就说明对象不可达、不再使用可以回收

• GC Roots

  • 虚拟机栈的本地变量表中引用的对象
  • 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(Native方法)引用的对象
  • java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，常驻的异常对象，类加载器
  • 同步锁持有的对象
  • 反应虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等

生存还是死亡(判断对象是否真的能被回收)

• 至少要经历两次标记(判断)，如果第一次被标记成不可达，但是在第二次标记前又与GC Roots建立了链接就不会被清理

回收方法区

• 《java虚拟机规范》不强制方法区实现垃圾收集
• 方法区垃圾收集性价比比较低
• 主要回收废弃的常量和不再使用的类型（类型指加载到内存中的Class）

垃圾收集算法

引用计数式垃圾收集（直接垃圾收集）

追踪式垃圾收集（间接垃圾收集）（主流）

• 分代收集理论

  设计原则：收集器应该将java堆划分出不同区域，然后将回收对象依据其年龄分配到不同的区域之中存储

  • 弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕死的

  • 强分代假说：熬过越多次垃圾收集过程的对象越你难以死亡

  • 分代

    • 新生代
    • 老年代

  • 跨分代引用假说：存在相互引用关系的对象应该倾向于同生同死，跨代引用占比较少。

    • 存在问题：当扫描新生代对象时如果有跨代引用还需要扫描整个老年代，成本较高

      • 解决办法：新生代建立一个全局数据结构（记忆集），这个结构将老年代划分成若干小块，标识出老年代的哪一块内存存在跨代引用。Minor GC时只有包含了跨代引用的小块内存里的对象才会被加入到GC Roots进行扫描，而不用扫描整个老年代

• 标记-清除算法：标记后清除被标记的对象

  • 缺点：1、执行效率不稳定（受要标记的目标对象数量的限制）；2、内存空间碎片化（产生不连续的内存碎片）

• 标记-复制算法：将内存划分为大小相等的两块，每次只用其中一块，当内存用完了就将存活对象复制到另一块，然后将已使用的内存一次清理掉

  • 缺点：空间浪费太严重
  • 新生代优先采用此算法，而老年代不会使用这种方法，因为新生代98%对象都是朝生夕死的，这种情况实现简单、效率高

• 标记-整理算法：先标记，让存活对象都移动到内存一端，然后清理掉边界以外的内存

经典垃圾收集器

Serial收集器

• 单线程收集器
• 优点：简单高效、内存消耗最小
• 缺点：工作时必须“Stop The World”，用户体验差

ParNew收集器

• Serial收集器多线程并行版本
• HotSpot虚拟机中第一款退出历史舞台的垃圾收集器，只能和CMS配合使用而CMS将会替代CMS

Parallel Scavenge收集器

• 多线程，基于标记-复制算法
• 设计目标：达到一个可控的吞吐量（也就是控制垃圾回收所占用的时间）

Serial Old收集器

• Serial的老年代版本
• 单线程，基于标记整理算法

Parallel Old收集器

• Parallel Scavenge收集器老年代版本
• 多线程，基于标记-整理算法

CMS收集器

• 目标：为了获取最短回收停顿时间

• 多线程，基于标记-清除算法

• 缺点：1、处理器资源敏感，会占用一部分资源导致程序变慢，总吞吐量降低。2、无法处理浮动垃圾，可能导致full gc发生。3、无法处理空间碎片，只能依靠full gc

  浮动垃圾：CMS标记和清理阶段用户线程会同时运行并产生新的垃圾，因为有些垃圾在标记后产生所以本次无法清理，只能等到下次。

Garbage First收集器（G1）

• 将堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region），每个区域都可以根据需要扮演新生代的Eden空间、Survivor空间或老年代空间，每次回收时G1会判断那块回收性价比最高，收益最大；Region中设有Humongous区域，用来存储大对象（超过Region一半的对象），而超级大对象会被存放在多个连续的Humongous区域

• 与CMS比较

  • 优势：1、不会产生垃圾碎片；2、创新性设计带来较多红利：可以指定最大停顿时间，分区域的内存布局，按收益动态确定回收集
  • 弱势：1、占用内存多、负载率高

基础故障处理工具

jps：虚拟机进程状况工具，主要用来查看进行的唯一ID

jstat: 虚拟机统计信息监视工具，主要用于查看虚拟机各种运行状态信息

jinfo：java配置信息工具，主要使用-sysprops 打印System.getProperties()的内容

jmap：java内存映像工具，主要用于生成堆转储快照

jhat：虚拟机堆转储快照分析工具，图形化工具更适合这个工作 所以这个命令用处不大

jstack：java堆栈跟踪工具，主要用于生成虚拟机当前时刻线程快照，例如可以查看没有相应的线程在后台干什么

内存回收策略

在经典分代设计下，新生对象通常会分配在新生代中，少数情况下也可能直接分配在老年代

对象优先在新生代Eden区域分配

大对象直接进入老年代

长期存活对象进入老年代

• Eden中的对象经过一次GC仍然存活并且能被Survivor容纳就会被转移到Survivor中，并将对象年龄设置为1，对象在Survivor中每熬过一次GC就增加一岁，年龄增加到15（默认 可以设置）时进入老年代

动态对象年龄判定

• HotSpot虚拟机并不是永远等到对象年龄达到标准才晋升到老年代，如果Survivor空间中的相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就直接进入老年代

选择合适的垃圾收集器

垃圾收集器工作内容

• 垃圾收集、堆内存的管理与布局、对象的分配、与解释器的协作、与编译器的协作，与监控子系统的协作等等

应用只要运行数分钟甚至数秒，只要虚拟机能正确分配内存，在堆耗尽之前就会退出

• Epslion收集器，不进行垃圾回收，但负载极小

收集器的权衡

• 应用程序的关注点

  • 吞吐量
  • 延迟
  • 内存占用

虚拟机及垃圾收集器日志

• 1、查看GC基本信息：jdk9以前 -XX:+PrintGC,9以后 -Xlog:gc
• 2、查看GC详细信息：9以前 -XX:+PrintGCDetails,9以后 -X-log:gc*
• 3、查看GC前后堆、方法区可用容量变化：9以前-XX:+PrintHeapAtGC,9以后 -Xlog:gc+heap=debug
• 4、查看GC过程中用户线程并发时间以及停顿的时间：9以前-XX:Print-GCApplicationConcurrentTime 及 -XX:+PrintGCApplicatiionStoppedTime,9以后 -Xlog:safepoint
• 只列出一些常用的命令

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