Java GC 必知必会

1. Java 如何标识垃圾

常用的标识算法主要是两类,一是计数器引用法,二是可达性分析(根搜索算法)。

  • 计数器引用法

  • 可达性分析
    基本思路:

    • 已根对象集合为起点,按照从上之下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达。
    • 使用可达性分析算法后,内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着,搜索所走过的路径成为引用链.
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2. GC ROOTS 包含哪些?

  • 虚拟机栈中引用的对象
    》 比如各个线程中被调用的方法中使用的参数,局部变量
  • 本地方法栈引用的对象
  • 方法区中类静态属性引用的对象
    》 java类的引用类型静态变量
  • 方法区中常量引用的对象
    》 字符串常量池里面的应用
  • 被synchronized持有的对象
  • java虚拟机内部的引用
  • 反映java虚拟机内部情况的JMXBean,JVMTI中的回调,本地代码缓存等。

特殊情况:
有对象“临时性”的加入,共同构成完成GC Roots集合。比如分代收集和局部回收(Partial GC)

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3. 为什么会产生STW

如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收,那么分析工作必须在一个能保障一致性的快照中进行。这点不满足的话,那分析的结果准确性也就无法保障。

所以就会产生了Stop The World的一个重要原因。

4. 对象的finalization机制

  • 用于开发人员对对象被销毁前的自定义逻辑处理。通常用于对象被回收时,进行资源释放和清理的工作。

  • 关闭文件流,关闭数据库连接等。

finalization为什么不要手工调用

  • 有可能导致对象复活
  • finalization的执行时间点不确定。在极端情况下,如果不发生GC,那么finalization将永远不会被执行。

finalization 导致对象复活的情况
在虚拟机定义中,对象存在三种状态
1. 可触及的:从GC ROOT可达
2. 可复活的:对象多有的引用都被释放了,但是对象可能在finalization() 被复活。
3. 不可触及的:对象的finalization()被调用,并且没有复活。那么就会就如不可触及的状态。不可触及的对象就一定会被回收。因为finalization只会被调用一次。

5. 如何判断一个对象是否可以被回收?

判断一个对象能否被收回,至少要经历两次判断。

  1. 如果objA到GC Roots没有引用链,则进行第一次标记
  2. 判断对象是否有必要执行finalization()方法
    • 如果没有重写finalization()或者finalization()已经被执行过了,则被判断为不可触及的。
    • 如果对象重写了finalization()方法,且还未被执行过。那么objA会被插入到F-Queue队列中,由一个虚拟机自动创建的低优先级的finalizer线程触发其finalization()。
  • finalization()是对象逃脱死亡的最后机会。稍后GC会对F-Queue 队列中的对象进行二次标记。 如果objA在此时与引用链上的任何一个对象建立了联系,那么objA会被移出“即将回收”集合。

6. JVM GC 清除阶段的算法

6.1 标记-清除算法(Mark-Sweep)

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  • 优点: 比较容易理解
  • 缺点
  1. 效率不算高
  2. 会产生内存碎片,还需要额外的空间维护一个空闲列表。

6.2 复制算法(Copying)

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优点:

  • 保证空间连续,不会出现碎片问题
  • 实现相对简单,运行高效

缺点:

  • 需要两倍的空间
  • 当系统存活的对象数量很多时,性能较低。(所以只能用于新生代)

6.3 标记-压缩算法(Mark-Compact)

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优点

  • 没有内存碎片
  • 减少了内存的浪费

缺点

  • 从效率来说,标记整理算法要低于复制算法
  • 移动对象的同时,如果对象被其他对象引用,则还需调整引用地址。
  • STW的时间相比于其他要长一些,因为涉及到对象的移动和引用更新。
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7. GC 分带收集算法&增量收集算法&分区算法

分带收集算法

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增量收集算法

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分区算法

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8. System.gc()和Runtime.getRuntime().gc()的理解

  • 默认情况下,通过System.gc()和Runtime.getRuntime().gc()显示调用时,会触发Full GC,同时对老年代和新生代进行回收,尝试释放对象占用的内存。
  • System.gc()无法保证对垃圾回收器的调用
  • Sysmte.gc()等同与Runtime.getRuntime().gc()

gc与slot的关系

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在这个案例中 buffer所占用空间不会被回收,因为slot=1的位置还是被buffer这个变量所占用。在gc时,属于GC Root可达的情况。

9. 程序的并行与并发

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垃圾回收器的并行与并发

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10. GC 中的安全点与安全区域的说明

  • Safepoint


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如何让线程在安全点中断:


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  • SafeRegion


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实际执行流程

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11. java引用:强,软,弱,虚

  • 强引用:不回收

    1. 强引用的对象的GC Root可达的,所以垃圾回收器永远不会回收。
    2. 强引用也是造成内存泄漏的主要原因之一。
  • SoftReference 软引用:内存不足时及回收

    1. 用于描述一下有用但是非必须的对象。只被弱引用关联者的对象,在系统将要发生内存溢出前,会把这些对象列入回收范围内进行二次回收。如果这次回收还是没有足够的内存,才会报出OOM。
    2. 一般使用场景是:如mybaits中的本地缓存
  • WeakReference 弱引用:发现即回收

  1. 只被弱引用关联的对象,只能存活到下一次GC发生为止。
  2. 常用的实现类是WeekHashMap,在Tomcat中作为了一个LRU的cache实现。

软引用和弱引用的区别点:


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  • PhantomReference 虚引用:
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  1. 使用场景:追踪垃圾回收
  • ** 终结器引用:**
    对象finalization的底层实现


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