JVM垃圾回收演算法

2021 年 12 月 29 日
筆記
JVM

1 什麼時候回收垃圾？

1、什麼場景下該使用什麼垃圾回收策略？

在對記憶體要求苛刻的場景：想辦法提高對象的回收效率，多回收掉一些對象，騰出更多記憶體。

在CPU使用率高的情況下：降低高並發時垃圾回收的頻率，讓CPU更多的去執行你的業務而不是垃圾回收。

2、垃圾回收發生在哪些區域？

堆（回收對象）、方法區（不用的常量、類）

3、對象什麼時候被回收？

引用計數法：通過對象的引用計數器來判斷對象是否被引用。無法處理循環引用問題。

A --> B --> C --> D --> B 此時B被引用了兩次
當A不再引用B
A     B --> C --> D --> B BCD循環引用無法被回收。

可達性分析法：以根對象（GC Roots）為起點向下搜索，形成引用鏈。如果對象不在引用鏈上，便視作對象不可達，可以回收。

哪些對象可以作為GC Roots對象？

虛擬機棧（棧幀中的本地變數表）中引用的對象
方法區中類靜態屬性引用的對象
方法區中常量引用的對象
本地方法棧中JNI（即 Native方法）引用的對象

注意的是，一個對象不可達，也不一定會被回收。

public class GCTest {
    private static GCTest obj;

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize方法被調用了");
        obj = this; // 重新引用對象，從FQ隊列中出隊
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        obj = new GCTest();
        obj = null;
        System.gc();

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        extracted();

        TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000);
        obj = null; // finalize()方法已被調用過，對象會被直接回收
        System.gc();
        extracted();
    }

    private static void extracted() {
        if (obj == null) {
            System.out.println("obj == null");
        } else {
            System.out.println("obj可用");
        }
    }
}
finalize方法被調用了
obj可用
obj == null

finalize()的建議

避免使用finalize（）方法，操作不當可能會導致問題。上面的例子中，第二次回收時如果不設置obj==null，對象很難被回收掉。
finalize()優先順序低，何時會被調用無法確定，因為什麼時間發生GC不確定。
建議使用try…catch…finally來替代finalize()。

4、四種引用

強引用，例如new對象，永遠不會回收對象。

軟引用，描述有用但是非必需對象，只有記憶體不足時被回收。

弱引用，描述非必需對象，無論記憶體情況都會被回收。

虛引用，主要用來跟蹤對象被垃圾回收器回收的活動，結合引用隊列使用。不影響對象的生命周期。

Object obj = new Object();
SoftReference<String> sr = new SoftReference<>("helllo");
WeakReference<String> sr = new WeakReference<>("helllo");
ReferenceQueue< String> queue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference< String> pr= new PhantomReference<>（「hello「queue)

2 垃圾回收演算法

垃圾回收演算法

基礎垃圾回收演算法

標記清除法(Mark-Sweep)：標記後直接刪除。
- 容易產生記憶體碎片；分配大記憶體時速度受到影響，需要找到適合它大小的空間。
標記整理法(Mark-Compact)：標記，記憶體整理到一側，刪除三步。
- 整理存在開銷，沒有碎片。
複製(Copy)：記憶體分為兩塊，每次只使用其中一塊；將存活對象複製到另一塊記憶體，然後清空當前記憶體；交換使用另一塊記憶體。
- 記憶體利用率低，性能好，沒有碎片。

綜合垃圾回收演算法

分代回收演算法：把記憶體分為多個區域，不同區域使用不同的回收演算法。
增量演算法：每次只收集一小塊記憶體區域的垃圾。

分代收集演算法

商業虛擬機普遍採用分代收集演算法，根據對象的存活周期，把記憶體分為多個區域，不同區域使用不同的回收演算法。

分代的好處是更有效的清除不再需要的對象，提升垃圾回收的效率。

新生代回收（Minor GC | Young GC）
老年代回收（Major GC），通常伴隨Full GC，Major GC≈ Full GC
清理整個堆（Full GC）

典型的對象分配流程如下。

新生代採用的是複製演算法，存放存活周期短的對象。老年代對象存活時間長，採用標記-清除或標記-整理演算法。

堆的年輕代和老年代，記憶體比例1:2。年輕代分為Eden和Survivor，記憶體比例8:1:1。
1. 對象首先存放到Eden中，當Eden記憶體滿後，垃圾收集執行緒執行minor gc，通過GC Root進行可達性分析，找到非垃圾對象，複製到Survivor S0區（對象頭中分代年齡標記為1），清空Eden區域，Eden又可以存儲新對象。
2. 當Eden再次滿後，同時對Eden和S0執行minor gc，將非垃圾對象複製到S1（分代年齡加1），清空Eden和S0。S0和S1，同一時間只有一個被使用。
3. 當分代年齡達到15後，對象會被複制到老年代。
4. 當老年代滿了，會對年輕代和老年代執行full GC。full GC不起作用，則會OOM。

命令行輸入jvisualvm，打開Java VisualVM工具的Visual GC插件可以看到程式執行過程中堆容量變化。每次Eden滿進行GC，調整堆區域。

非典型的情況：

新建的對象不一定分配到伊甸園。

對象大於-XX:PretenureSizeThreshold,就會直接分配到老年代
新生代空間不夠。例如大數組。

對象也不一定要達到年齡才進入老年代

動態年齡：如果Survivor空間中所有相同年齡對象大小的總和大於Survivor空間的一半，那麼年齡大於等於該年齡的對象就可以直接進入老年代。

觸發垃圾回收的條件

Minor GC觸發條件：伊甸園空間不足

Full GC觸發條件：

老年代空間不足（老年代已滿；空間碎片太多，沒有連續記憶體分配對象）
元空間不足
要轉成老年代對象所需的空間大於老年代剩餘空間。
顯示調用System.gc()，建議垃圾回收器執行垃圾回收。設置-XX:+DisableExplicitGC 參數忽略該操作。

分代收集調優思路

讓GC盡量發生在新生代，盡量減少Full GC的發生。
合理設置Survior區域的大小，避免記憶體浪費。（複製演算法）

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