JVM垃圾回收

JVM垃圾回收

1.如何判断对象可以回收

1.1 引用计数法

该对象被其他对象引用，计数+1，但存在循环引用问题

1.2 可达性分析

确定根对象，肯定不能被垃圾回收的对象，堆内存扫描，查看对象是否被根对象直接或间接引用，有则不能被回收，反之可以回收

• Java虚拟机中的垃圾回收期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
• 哪些对象可以作为GC Root
  1.System class
  2.Native stack
  3.thread
  4.busy monitor

2.四种引用

前软弱虚 终结器引用

1. 强引用：只有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
2. 软引用：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自身
3. 弱引用 ：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，都可能会回收弱引用对象，可以配合引用队列来释放自身
4. 虚引用：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
5. 终结器引用：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（被引用对象在世没有被回收），再由Finalizer线程通过终结器引用找到被引用对象并调用器fialize方法，第二次gc时才能回收被引用对象

软引用配合引用队列应用

while中内容查看引用队列内容，将list中为null的软引用删除，for循环中将不在打印出为null被释放的内容

3.垃圾回收算法

3.1 标记清除算法

Mark Sweep

垃圾回收时对堆中对象扫描，没有被gc root引用则标记，然后第二阶段对其释放，只需要将该对象的起始结束地址记录下来，放入空闲列表中即可

• 速度较快
• 会造成内存碎片

3.2 标记整理算法

Mark Compact

• 速度慢
• 没有内存碎片
  

3.3 复制算法

copy

• 不会有内存碎片
• 需要占用双倍内存空间
  -

4 分代回收

• 对象首先分配在伊甸园区
• 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 to区域
• minor gc会引发stop the world，暂停其他用户线程，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，最大寿命时15（4bit），不同的垃圾回收该值不同
• 当老年代空间不足，会先尝试触发minor gc，如果空间仍不足，会触发full gc，STW的时间更长
• 新生代复制算法，老年代标记清除或整理

相关VM参数

大对象新生代放不下直接晋升老年代

一个线程的oom不会导致java进程的结束

5.垃圾回收

5.1串行

• 单线程
• 堆内存较小，适合个人电脑

-XX:+UseSerialGC=Serial+SerialOld 新生代 复制算法，老年代标记整理算法

5.2吞吐量优先

• 多线程
• 堆内存较大，多核cpu
• 单位时间内STW的时间最短 0.2 0.2 =0.4
  -XX：+UseParallelGC ~UseParllelOldGc 新生代 复制算法，老年代标记整理算法，算法和串行的相同 Parallel并行
  -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 开启自适应新生代中伊甸园和survive区域的比例，动态调整
  -XX:+GCTimeRatio=ratio 设定目标gc时间目标 1/（1+ratio)，如99，则结果0.01垃圾回收时间不能占用总时间的1%
  -XX:+MaxGCPauseMillis=ms 最大200ms，和上面这个冲突，最大暂停时间

5.3 响应时间优先

• 多线程
• 堆内存较大，多核cpu
• 尽可能让STW的单次时间最短 如每次0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 一小时内五次0.5s

并发标记阶段允许用户线程并发执行

-XX:UseConcMarkSweepGC ~-XX:+UseParNewGc ~SerialOld 标记清除算法 ，产生碎片过多没法继续优化时会退化为串行的进行标记整理，此时该次垃圾回收时间飙升

-XX:ParallelGcThreads=n ~-XX:ConcGCThreads=threads

-XX:CMSInitialtingOccupancyFraction=percent 执行垃圾回收时候的占比，因为并行清理阶段又生成了浮动垃圾，为此预留空间

-XX:+CMSScavengeBeforeRemark 重新标记之前对新生代先回收一下，避免从新生代查询老年代对整个堆进行扫描

6 G1垃圾回收器

定义：Garbage First

JDK9默认，取代之前的CMS垃圾回收器

适用场景：

• 同时注意吞吐量和低延迟，默认暂停目标200ms
• 超大堆内存，会将堆划分为多个大小相等的Regio
• 整体上时标记+整理算法，两个区域之间时复制算法

相关JVM参数

-XX:+UseG1GC

-XX:G1HeapRegionSize=size

-XX:MaxGCPauseMillis=time

6.1 G1垃圾回收阶段

1> Young Collection

会STW

把堆划分成了一个个大小相等的region，每个区域都可以独立作为伊甸园幸存区，老年代。

2>Young Collection+CM（concurrent mark）

• 在Young GC时会进行GC Root的初始标记
• 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:InitialtingHeapOccupancyPrecent=percent（默认45%）

3>Mixed Collection

会对ESO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

G1和CMS并发失败后才会full GC，回收速度低于垃圾产生速度时才会

4>Young Collection跨代引用

新生代回收的跨代引用(老年代引用新生代）问题

加速新生代垃圾回收

• 卡表与Remembered Set（新生代记录卡表中有哪些引用了新生代中的对象）（新生代根据这些脏卡快速找到gc root）
• 在引用变更时通过post-write barrier+ dirty card queue
• concurrent refinement threads更新Remembered Set

7> Remark

pre-write barrier+ stab_mark_queue

8>JDK 8u20字符串去重

• 优点:节省大量内存
• 缺点:略微多占用了cpu时间，新生代回收时间略微增加

-XX:+UseStringDepuliaction

• 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
• 如果值相同，则让他们引用同一个char[]
• 注意:和String.inter()不同
  1.String.intern()关注的时字符串对象
  2.而字符串去重关注的时堆中的char[]
  3.在JVM内部，使用了不同的字符串表

9>JDK8u40并发标记卸载

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:+ClassUnloadingWithConcurrentMark 默认启用

10> JDK 8u60回收巨型对象

• 一个对象大于regin的一半时，称之为巨型对象
• G1不会堆居型对象进行拷贝
• 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
  -

11> JDK9并发标记起始时间的调整

• 并发标记必须在堆空间沾满前完成，否则退化为FullGC
• JDK9之前需要使用-XX:InitialtingHeapOccupancyPercent
• JDK9可以动态调整

7 垃圾回收调优

7.1 调优领域

• 内存
• 锁竞争
• cpu占用
• io

确定目标

• 低延迟还是高吞吐量，选择合适的回收器、CMS、G1、ZGC、ParallelGC

最快的GC时不发生GC

查看FullGC前后的内存占比，考虑下面几个问题

• 数据是否太多
• 数据是否太臃肿
• 是否存在内存泄漏

7.2 新生代调优

• 新生代特点：所有的new操作的内存分配非常廉价
• TLAB thread-local allocation buffer 避免线程内存分配时线程之间并发冲突问题，线程局部分配缓冲区，有自己私有的伊甸园区域
• 死亡对象的回收带价是0
• 大部分对象用过即死
• MinorGC的时间远远低于Full GC
  -Xmn young generation greater than 25% and less 50% of the overall heap size 一般建议新生代内存分配25%-50%之间均衡

主要耗费时间在复制上而不是在标记上

幸存区要大到能保留 当前活跃对象+需要晋升对象

过小的话，导致幸存区内存不足，有些对象未满足晋升条件提及前放入老年代，最终导致老年代内存不足提前full gc才能清楚该类对象

晋升阈值配置得当，让长时间存活对象尽快晋升

-XX:MaxTenuringThreshold=threshold 调整最大晋升阈值

-XX:+PrintTenuringDistribution 打印gc信息如下

7.3 案例

1.Full GC和Minor GC频繁

适当增加新生代大小

2.请求高峰期发生Full GC,单词暂停时间特别长(CMS)

配置重新标记前先清理新生代

3.老年代充裕情况下，发生Full GC(CMS jdk1.7)

永久代空间不足也会导致Full gc