JVM必不可少的知識

2021 年 2 月 21 日
筆記
JAVA, Java基礎

1.Java垃圾回收機制

對象被判斷為垃圾的標準：沒有被其他對象引用

2.判斷對象是否可被回收

（1）引用計數演算法

　　判斷對象的引用數量

通過判斷對象的引用數量來決定對象是否可以被回收
每個對象實例都有一個引用計數器，被引用則+1，完成引用則-1
任何引用計數為0的對象實例可以被當作垃圾回收

　　優點：執行效率高，程式執行受影響較小

　　缺點：無法檢測出循壞引用的情況，導致記憶體泄露

（2）可達性分析演算法（引自離線數學的圖論）

通過判斷對象的引用鏈是否可達來決定對象是否可以被回收

可不可達判斷：如果從一個對象沒有到達根對象的路徑，或者說從根對象開始無法引用到該對象，該對象就是不可達的，具體看下圖。

什麼可以作為GC Root的對象？

虛擬機棧中引用的對象（棧幀中的本地變數表）
方法區中的常量引用的對象
方法區中的類靜態屬性引用的對象
本地方法中JNI（Native方法）的引用對象
活躍執行緒的引用對象

3.垃圾回收演算法

（1）標記-清除演算法

標記：從根集合進行掃描，對存活的對象進行標記（可達性演算法）
清除：對堆記憶體從頭到尾進行線性遍歷，回收不可達對象記憶體

　缺點：碎片化

可以從上圖看出，空白的就是被回收的，會產生碎片

（2）複製演算法

分為對象面和空閑面

原理：對象在對象面上創建，存活的對象被從對象面複製到空閑面，將對象面所有對象記憶體清除

解決碎片化問題

順序分配記憶體，簡單高效

適用於對象存活率低的場景

（3）標記-整理演算法

　　在標記清除演算法的基礎上，解決了記憶體碎片化問題

標記：從根集合進行掃描，對存活的對象進行標記（可達性演算法）
清除：移動所有存活的對象，且按照記憶體地址次序依次排列，然後將末端記憶體地址以後的記憶體全部回收

　好處：

避免記憶體的不連續行
不用設置兩塊記憶體互換
適用於存活率高的場景

（4）分代收集演算法

垃圾回收演算法的組合拳
按照對象生命周期的不同劃分區域以採用不同的垃圾回收演算法

目的：提高jvm執行效率

jdk6，jdk7

jdk8及其以後的版本，永久代被去掉了

　　GC的分類

Minor GC（新生代GC）
Full GC（老年代GC）

1）年輕代

儘可能快速地收集掉那些生命周期短的對象

Eden區
兩個Survivor區

年輕代垃圾回收的過程演示

存活對象被複制到S0，年齡+1，Eden區清空，如下圖

如果Eden區又有對象，則把所有東西複製到S1，年齡+1，其他區東西清除，S1變為from區，S0變為to區

對象如何晉陞到老年代

經歷一定Minor次數依然存活的對象
Survivor區中存放不下的對象
新生成的大對象（-XX:+PretenuerSizeThreshold）

常用的調優參數

-XX:SurvivorRatio:Eden和Survivor的比值，默認8:1
-XX:NewRatio:老年代和年輕代記憶體大小的比例
-XX:MaxTenuringThreshold:對象從年輕代晉陞到老生代經過GC次數的最大閾值

2）老年代

存放生命周期較長的對象

常用的演算法：

標記-清理演算法
標記-整理演算法

觸發Full GC的條件

老年代空間不足
永久代空間不足
CMS GC時出現promotion failed，concurrent mode failure
Minor GC晉陞到老年代的平均大小大於老年代的剩餘空間
調用System.gc()
使用RMI來進行RPC或管理的JDK應用，每小時執行1次Full GC

4.垃圾收集器

Stop-the-World

JVM由於要執行GC而停止了應用程式的執行
任何一種GC演算法中都會發生
多數GC優化通過減少Stop-the-World發生的時間來提高程式性能

Safepoint（安全點）

分析過程中對象引用關係不會發生變化的點
產生Safepoint的地方：方法調用；循環判斷；異常跳轉等
安全點數量得適中

jVM的運行模式

Server（啟動慢，但運行快，採用重量級虛擬機）
Client（啟動快，採用輕量級虛擬機）

垃圾收集器之間的聯繫

（1）年輕代常見垃圾收集器

1）Serial收集器（-XX:+UseSerialGC,複製演算法）

JAVA虛擬機中最基本，歷史最悠久的收集器，在jdk1.3.1之前是年輕代收集器的唯一選擇。

單執行緒收集，指的是進行垃圾收集時，必須暫停所有工作執行緒
簡單高效，Client模式下默認的年輕代收集器

2）ParNew收集器（-XX:+UseParNewGC,複製演算法）

多執行緒收集，其餘的行為、特點和Serial收集器一樣
單核執行效率不如Serial，在多核下執行才有優勢

3）Parallel Scavenge收集器（-XX:+UseParallelGC,複製演算法）

吞吐量=運行用戶程式碼時間/（運行用戶程式碼時間+垃圾收集時間）

比起關注用戶執行緒停頓時間，更關注系統的吞吐量（適用在後台運算，不需要太多交互的情況）
在多核下執行才有優勢，Server模式下默認的年輕代收集器

（2）老年代常見垃圾收集器

1）Serial Old收集器（-XX:+UseSerialOldGC,標記-整理演算法）

單執行緒收集，指的是進行垃圾收集時，必須暫停所有工作執行緒
簡單高效，Client模式下默認的年輕代收集器

2）Parallel Old收集器（-XX:+UseParallelOldGC,標記-整理演算法）

多執行緒，吞吐量優先

3）CMS收集器（-XX:+UseConcMarkSweepGC,標記-清除演算法）

初始標記：stop-the-world
並發標記：並發追溯標記，程式不會停頓
預清理：查找執行並發標記階段從年輕代晉陞到老年代的對象
重新標記：暫停虛擬機，掃描CMS堆中的剩餘對象
並發清理：清理垃圾對象，程式不會停頓
並發重置：重置CMS收集器的數據結構

4）G1（Garbage First）收集器（-XX:+UseG1GC，複製+標記-整理演算法）

將整個Java堆記憶體劃分成多個大小相等的Region
年輕代和老年代不再物理隔離

特點

並發和並行
分代收集
空間整合
可預測的停頓

5.面試題

Object的finalize()方法的作用是否與C++的析構函數作用相同

與C++的析構函數不同，析構函數調用確定，而它的是不確定的
將未被引用的對象放置於F-Queue隊列（當垃圾回收器宣布一個對象死亡，至少需要經過兩個階段，1.當對象進行可達性分析時發現沒有和GC ROOTS相連接就會被第一次標記；2.判斷對象是否覆蓋finalize()，如果覆蓋，並且未被引用過這個方法的對象就會被放在F-Queue中，最後由JVM執行該方法）
方法執行隨時可能會被終（優先順序低）

強引用（Strong Reference）

最普遍的引用：Object object = new Object()
拋出OutOfMemoryError終止程式也不會回收具有強引用的對象
通過將對象設置為null來弱化引用，使其被回收

軟引用（Soft Reference）

對象出在有用但非必須的狀態
只有當記憶體空間不足時，GC會回收該引用對象的記憶體
可以用來實現高速快取

弱引用（weak Reference）

非必須的對象，比軟引用更弱一些
GC時會被回收
被回收的概率也不大，因為GC執行緒優先順序比較低
適用於引用偶爾被使用且不影響垃圾收集的對象

虛引用（PhantomReference）

不會決定對象的生命周期
任何時候都可能被垃圾收集器回收
跟蹤對象被垃圾收集器回收的活動，起哨兵作用
必須和引用隊列ReferenceQueue聯合使用

String str = new Sring("abc"); // 強引用

SoftReference<String> sr = new SoftReference<String>(str); // 軟引用

WeakReference<String> sr = new WeakReference<String>(str); // 弱引用

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();

PhantomReference ref = new PhantomReference(str,queue); // 虛引用

四種引用比較

引用級別：強引用>軟引用>弱引用>虛引用

類層次結構

引用隊列（ReferenceQueue）

無實際存儲結構，存儲邏輯依賴於內部節點之間的關係來表達
存儲關聯的且被GC的軟引用，弱引用以及虛引用

Tags: JAVA Java基礎