- 1. 如何判断对象可以回收
- 1.1 引用计数法
- 1.2可达性分析算法
- 1.3 能够做为GC Root对象的类
- 示例
- 2. 四种引用
- 2.1 特点
- 2.2 图例
- 强引用对象回收
- 软引用对象回收
- 弱引用对象的回收
- 虚引用对象的回收
- 终结器引用的回收
- 2.3 代码示例
- 软引用
- 弱引用
- 3. 垃圾回收算法
- 3.1标记清除
- 3.2 标记整理
- 3.3标记复制
- 4. 分代垃圾回收
- 4.1 相关VM参数
- 4.2 实例
- 4.3 大对象直接晋升到老年代
- 5. 垃圾回收器
- 5.1 串行
- 5.2 吞吐量优先
- 5.3 响应时间优先
- 5.4 G1
- G1垃圾回收阶段
- Young Collection
- Young Collection +CM
- Mixed Collection
- Full GC
- Young Collction跨代引用
- Remark
- JDK 8u20字符串去重
- JDK 8u40并发标记类卸载
- JDK 8u60回收巨型对象
- JDK 9并发标记起始时间的调整
- JDK 9更高效的回收
- JDK 8u60回收巨型对象
- JDK 9并发标记起始时间的调整
- JDK 9更高效的回收
循环引用
引用计数法即某对象被引用一次，则引用次数加1，当引用次数为0时，则被回收。
但是出现上图循环引用则无法被回收。
1.2可达性分析算法- java虚拟机中的垃圾回收器采用可达性分析来探索所有存活的对象。
- 扫描堆中的对象，看是否能够沿着GC Root对象为起点的引用链找到该对象，找不到，表示可以回收
- 需要确定根对象，即肯定不会被回收的对象。
- 垃圾回收前，会对堆中所有的对象进行扫描，只有没有被根对象直接或者间接引用的对象才会被回收。
- 举个例子，当提起一串葡萄，连在根上的没有掉下来的葡萄即被根对象引用的对象，不能被回收；掉在盘子里的葡萄即可以被回收的对象。
- System Class：系统类
- Java Native Interface Global：一些本地方法，即native方法
- Thread：活动中的线程类
- Busy Monitor：一些锁对象，即加了锁（如被Synchronized修饰）的对象
public class Demo2_2 {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException, IOException {
List
运行程序，分别生成垃圾回收前后的dump文件
jps // 查看进程号 // format=b 生成文件格式为二进制；live主动触发垃圾回收，保留存活对象；file表示存放位置 jmap -dump:format=b,live,file=1.bin 进程号51125
list1置空前，生成dump文件1.bin
List
list1是局部变量，存在于活动栈帧；new ArrayList<>()产生的对象才是存在于堆中的对象。即此处new ArrayList<>()对应的那个对象才能作为根对象。
list1置空后，生成dump文件2.bin
因为在执行
jmap -dump:format=b,live,file=2.bin 51125
使用了live参数，主动调用了垃圾回收。由于list1被置空，list对象无人引用，所以被垃圾回收了。所以在根对象中找不到了。
2. 四种引用- 强引用
- 软引用
- 弱引用
- 虚引用
- 终结器应用
- 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触发垃圾回收，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。
此时A2对象可能被回收。
- A2对象仅仅只被软引用对象引用- 在执行GC时，内存空间不足了，才会被垃圾回收
- 回收后，软引用对象本身可以通过进入引用队列进行释放
此时A3对象可能会被回收
- A3对象仅仅被弱引用对象引用
- 当执行GC时，无论内存是否不足，都会被垃圾回收
- 回收后，弱引用对象本身可以通过进入引用队列进行释放
虚引用一般是对直接内存分配的应用。
- 当声明ByteBuffer时，ByteBuffer会分配一块直接内存，并把直接内存的地址传递给虚引用对象Cleaner。
- 当ByteBuffer不再被强引用时，被回收后，直接内存还没有被释放。这时会将虚引用放入虚引用的引用队列，由Reference Handler线程监控，发现虚引用对象，调用虚引用相关方法Unsafe.freeMemory释放直接内存。
- 所有的类都继承自Object类，里面有一个终结方法finalize()方法，当对象重写了finalize()方法，且没有强引用引用它时，它就可以被当成垃圾进行垃圾回收。
- 当对象没有被强引用时，会由jvm为该对象创建一个对应的终结器引用。当这个对象被垃圾回收时，会将终结器引用加入引用队列，但是对象不会被垃圾回收
- 再由一个优先级较低的Finalizer线程去监控引用队列是否有终结器引用，如果有，就通过终结器引用找到A4对象，调用其finalize()方法，等调用之后，等下一次垃圾回收时，就可以被垃圾回收了。
- 工作效率低，第一次GC不会回收对象，先将终结器引用入队，等到第二次垃圾回收才有可能被回收。
# 虚拟机参数 -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
public class Demo2_3 {
private static final int _4MB = 4 * 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) throws IOException {
//强引用
soft();
}
public static void soft() {
// list --> SoftReference --> byte[]
List> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 5; i++) {
SoftReference 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 ref : list) {
System.out.println(ref.get());
}
}
}
public class Demo2_4 {
private static final int _4MB = 4 * 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) {
List> list = new ArrayList<>();
// 引用队列
ReferenceQueue 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 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 poll = queue.poll();
while( poll != null) {
list.remove(poll);
poll = queue.poll();
}
System.out.println("===========================");
for (SoftReference reference : list) {
System.out.println(reference.get());
}
}
}
弱引用
# 虚拟机参数 -Xmx20m -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
public class Demo2_5 {
private static final int _4MB = 4 * 1024 * 1024;
public static void main(String[] args) {
// list --> WeakReference --> byte[]
List> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
WeakReference ref = new WeakReference<>(new byte[_4MB]);
list.add(ref);
for (WeakReference w : list) {
System.out.print(w.get()+" ");
}
System.out.println();
}
System.out.println("循环结束：" + list.size());
}
}
3. 垃圾回收算法
3.1标记清除
将没有被引用的对象标记出来，然后清除。这里的清除并不是把内存空间置零操作，而是把这些空间记录下来，待后面分配空间的时候，去寻找是否有空闲的空间，然后进行覆盖分配。
优点：速度较快
缺陷：清除的空间比较零碎，当待分配的新对象过大，即使零碎空间加起来总共是够的，但是由于过于零散，所以无法对其进行分配。
3.2 标记整理优点：没有内存碎片，连续空间比较充足
缺点：涉及到地址的改变，开销大，效率低
3.3标记复制优点：不会有内存碎片
缺陷：始终会占用双倍的内存空间
4. 分代垃圾回收- jvm将堆分为了新生代和老年代。
- 对新生代的垃圾回收（minor GC）更加频繁，对老年代的垃圾回收（full GC）频率低一些
- 新生代主要存放临时的、迭代快的对象，老年代存放仍然经常使用的对象
- 新生代类似每天打扫，老年代类似大扫除
- 对象首先分配在伊甸园区域。
- 新生代空间不足时，触发minor gc，伊甸园和from存活的对象使用copy复制到to中，存活的对象年龄加1并且交换from 和 to 所指向的空间，即始终让to空间保持空闲。
- minor gc 会引发stop the world，暂停其他用户的线程（因为minor gc会重新分配内存地址），等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。
- 当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大寿命是15（4bit，0000-1111，转成十进制最大标识为15）。
- 当老年代空间不足，会先尝试触发minor gc，如果之后空间仍不足，那么触发full gc，STW（stop the world）的时间更长
- 如果仍然不足，会抛出OutOfMemory异常。
|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
# 虚拟机参数 -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -verbose:gc -XX:-ScavengeBeforeFullGC
public class Demo2_1 {
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 -XX:-ScavengeBeforeFullGC
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
}
}
当分配空间后
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(new byte[_7MB]);
}
再次分配
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(new byte[_7MB]);
list.add(new byte[_512KB]);
list.add(new byte[_512KB]);
}
4.3 大对象直接晋升到老年代
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(new byte[_8MB]);
}
当对象过大，新生代放不下后，不会触发GC，会直接放到老年代。当老年代也不足时，会OOM异常。
进程内的OOM不会影响到主线程的运行
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
new Thread(() -> {
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(new byte[_8MB]);
list.add(new byte[_8MB]);
}).start();
System.out.println("sleep....");
Thread.sleep(1000L);
}
5. 垃圾回收器
串行：
- 底层是一个单线程的垃圾回收器
- 适合堆内存较小，cpu数量少，适合个人电脑
吞吐量优先：
- 多线程
- 适合堆内存较大的场景
- 需要多核cpu支持（否则多线程争强一个cpu效率低）
- 让单位时间内，STW的时间最短 0.2 + 0.2 = 0.4
响应时间优先：
- 多线程
- 适合堆内存较大
- 需要多核cpu
- 尽可能让单次STW的时间最短 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 = 0.5
# 虚拟机参数 -XX:+UseSerialGC=Serial+SerialOld
串行垃圾回收器分为两个部分，分开运行的。新生代空间不足了触发Serial完成MinorGC，老年代空间不足了触发SerialOld完成FullGC
Serial
- 工作在新生代: 标记复制算法
- 工作在老年代: 标记整理算法
# 虚拟机参数 # 并行 -XX:+UseParallelGC ~ -XX:+UseParallelOldGC -XX:+UseAdaptiveSizePolicy -XX:GCTimeRatio=ratio -XX:MaxGCPauseMillis=ms -XX:ParallelGCThreads=n
- parallel并行，指的是，多个垃圾回收器可以并行的运行，占用不同的cpu。但是在此期间，用户线程是被暂停的，只有垃圾回收线程在运行。
# 虚拟机参数 # 并发 -XX:+UseConcMarkSweepGC~ -XX:+UseParNewGC~SerialOld -XX:ParallelGCThreads=n~ -XX:ConcGCTreads=threads -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent -XX:+CMSScavengeBeforeRemark
-
Concurrent 并发、MarkSweep标记清除。基于标记清除且支持并发的一个垃圾回收器
-
并发意味着垃圾回收时，其他的用户线程也可以并发运行，与垃圾回收线程抢占cpu
-
CMS在垃圾回收的某些阶段是不需要STW，进一步减少需要STW的时间
-
UseConcMarkSweepGC是工作在老年代的垃圾回收器，与之对应的是UseParNewGC，工作在新生代的垃圾回收器，基于复制算法。
-
CMS回收器有时候会发生并行失败的情况，这时候CMS回收器会退化成SerialOld的单线程的基于标记整理的垃圾回收器。
CMS老年代回收过程
-
当老年代空间不足时，所有进程运行到安全点暂停，然后垃圾回收的线程进行初始标记，初始标记比较快，只是标记根对象。此过程会Stop The World，阻塞其他用户线程。
-
之后达到下一个安全点，其他用户线程也可以继续运行了，此时垃圾回收线程进行并发标记，即可以跟其他用户线程并发工作，然后讲垃圾标记出来。此过程不会STW
-
达到下一个安全点后，进行重新标记，因为上一个并发标记时，其他用户线程也在并发执行，所有可能会产生新对象新引用，对垃圾回收线程造成了干扰，需要重新标记。此过程会STW
-
到下一个安全点后，其他用户进程恢复，垃圾回收线程开始并发地清理垃圾，恢复运行。
细节
垃圾回收的并发数受参数影响。- -XX:ParallelGCThreads=n 表示并行的垃圾回收线程数，一般跟cpu数目相等
- -XX:ConcGCTreads=threads 并发的垃圾回收线程数目，一般是ParallelGCThreads的 1/4。即一个cpu做垃圾回收，剩下3个cpu留给人家用户线程。
定义：Garbage First
- 2004论文发布- 2009JDK6u14体验- 2012JDK7u4官方支持- 2017JDK9默认
使用场景 - 同时注重吞吐量（Throughput）和低延迟（Low latency），默认的暂停目标是200ms- 超大堆内存，会将堆划分为多个大小相等的Region（每个Region可以分新生代老年代）- 整体上是标记+整理算法，两个区域之间是复制算法
相关JVM参数
-XX:+UseG1GC -XX:G1HeapRegionSize=size -XX:MaxGCPauseMillis=timeG1垃圾回收阶段
新生代的回收之后，可以在进行新生代回收时，同时并发标记，然后再进行混合垃圾回收，即对新生代、老年代都进行一次较大的垃圾回收。
Young Collection- 会STW（时间较短）
- 新生代的垃圾回收+并发标记阶段-
- 在YoungGC时会进行GC Root的初始标记-
- 并发标记，顺着GC Roots找到其他对象-
- 老年代占用堆空间比例达到阈值时，进行并发标记（不会STW），由下面的JVM参数决定
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=percent(默认45％)Mixed Collection
混合收集， 会对E、S、O进行全面垃圾回收
- 最终标记（Remark）会STW
- 拷贝存活（EVacuation）会STW
-XX:MaxGCPauseMillis=ms- 因为在此之前有并发标记，所以需要最终标记并拷贝存活 - 新生代的存活对象通过复制算法到幸存区 - 幸存区的一些达到晋升寿命的对象，晋升到老年代 - 对于老年代的垃圾回收来说，并不会全部回收。为了达到暂停时间短（STW），会优先让一部分垃圾回收价值高的老年代回收(即选择能够回收较多垃圾的老年代进行回收操作)。与MaxGCPauseMillis参数有关 Full GC
- SerialGC
新生代内存不足发生的垃圾收集 ——minor gc
老年代内存不足发生的垃圾收集 ——full gc - ParallelGC
新生代内存不足发生的垃圾收集 ——minor gc
老年代内存不足发生的垃圾收集 ——full gc - CMS
新生代内存不足发生的垃圾回收 ——minor gc
老年代内存不足
当垃圾回收速度跟不上垃圾生成速度时，会full gc
并发收集失败前是minor gc，并发失败退化为串行垃圾收集器，触发full gc - G1
新生代内存不足发生的垃圾回收 ——minor gc
老年代内存不足（到达设定的阈值）
当垃圾回收速度跟不上垃圾生成速度时，会full gc
并发收集失败前是minor gc，并发失败退化为串行垃圾收集器，触发full gc
- 新生代回收的跨代引用（老年代引用新生代）问题
- 老年代会再细分，会形成一个卡表，老年代里引用新生代的对象会被标记为dirty card。
- 卡表与Remember Set（标记为dirty card的集合）
- 在引用变更时通过post-write barrier + dirty card queue
- concurrent refinement threads 更新 Remember Set
- 重标记
- pre-write barrier（写屏障） + satb_mark_queue（队列名称）
黑色：已处理完成，不会被垃圾回收
白色：已处理完成，会被垃圾回收
灰色：正在处理
B会被标记为黑色
因为是并发标记，其他用户线程在工作，可能将C的引用改变
C已经被处理过了，本来应该被直接回收，但是显然C被其他用户线程改变引用了。所以需要对对象的引用进行进一步检查。
当对象的引用发生改变时，jvm会对该对象加上写屏障pre-write barrier，会把对象C加入到一个队列satb_mark_queue，并且标记为灰色，表示正在处理。
等到并发标记结束，进行重新标记，会STW，暂停其他线程，然后将线程里的对象取出来检查，发现对象是灰色，还需要进行处理。在处理的时候发现，有强引用引用该对象，那么标记为黑色，即处理结束且不会被回收。
JDK 8u20字符串去重- 优点：节省大量空间- 缺点：略微多占用了cpu空间，新生代回收时间略微增加
-XX:+UseStringDeduplication
String s1 = new String("hello"); //char[]{'h','e','l','l','o'}
String s1 = new String("hello"); //char[]{'h','e','l','l','o'}
system.out.println(s1==s2) //false
- 将所有新分配的字符串放入一个队列
- 当新生代回收时，G1并发检查是否有字符串重复
- 如果它们值一样，让它们引用同一个char[]
- 注意，与String.intern()不一样
- String.intern()关注的是字符串对象
- 而字符串去重关注的是char[]
- 在JVM内部，使用了不同的字符串表
所有对象都经过并发标记后，就能知道哪些类不再被使用，当一个类加载器的所有类都不再使用，则卸载它所加载的所有类。
-XX:+ClassUnloadWithConcurrentMark # 默认启用JDK 8u60回收巨型对象
- 一个对象大于region的一半时，称之为巨型对象- G1不会对巨型对象进行拷贝- 回收时被优先考虑- G1会跟踪老年代所有incoming引用，这样老年代incoming引用为0的巨型对象就可以在新生代垃圾回收时处理掉。
- 并发标记必须在堆空间占满前完成，否则退化为FullGC- JDK9之前需要使用 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent
- JDK9可以动态调整
- - -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 用来设置初始值- 进行数据采样并动态调整- 总会添加一个安全的空档空间 目的是尽早地开始垃圾回收，避免Full GC的发生。
- 250+增强- 180+bug修复- https://docs.oracle.com/en/java/javase/12/gctuning
DK 8u40并发标记类卸载
所有对象都经过并发标记后，就能知道哪些类不再被使用，当一个类加载器的所有类都不再使用，则卸载它所加载的所有类。
-XX:+ClassUnloadWithConcurrentMark # 默认启用JDK 8u60回收巨型对象
- 一个对象大于region的一半时，称之为巨型对象- G1不会对巨型对象进行拷贝- 回收时被优先考虑- G1会跟踪老年代所有incoming引用，这样老年代incoming引用为0的巨型对象就可以在新生代垃圾回收时处理掉。
- 并发标记必须在堆空间占满前完成，否则退化为FullGC- JDK9之前需要使用 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent
- JDK9可以动态调整
- - -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 用来设置初始值- 进行数据采样并动态调整- 总会添加一个安全的空档空间 目的是尽早地开始垃圾回收，避免Full GC的发生。
- 250+增强- 180+bug修复- https://docs.oracle.com/en/java/javase/12/gctuning
