垃圾回收相关概念
System.gc()
1、默认情况下,调用 System.gc() 或 Runtime.getRuntime().gc(),显式触发 Full GC,同时对老年代和新生代进行回收,尝试释放被丢弃对象占用的内存
2、System.gc() 调用附带一个免责声明,无法保证对垃圾收集器的调用,即不能确保立即生效
3、JVM 实现者可以通过 System.gc() 调用来决定 JVM 的 GC 行为
(1)一般情况下,垃圾回收应该是自动进行的,无须手动触发,否则过于麻烦
(2)特殊情况下,如:正在编写一个性能基准,可以在运行之间调用 System.gc()
内存溢出(OOM)
1、一般情况下,不太容易出现 OOM 情况,除非应用程序占用的内存增长速度非常快,造成垃圾回收已经跟不上内存消耗的速度
2、javadoc 对 OutOfMemoryError 解释:没有空闲内存,并且垃圾收集器也无法提供更多内存
3、没有空闲内存的情况,说明 Java 虚拟机的堆内存不够
4、原因
(1)Java 虚拟机的堆内存设置不够:内存泄漏问题 / 堆的大小不合理
(2)代码中创建大量的大对象,并且长时间被引用,不能被垃圾收集器收集
4、在抛出 OutOfMemoryError 之前,通常垃圾收集器会被触发,尽其所能去清理出空间
(1)如:在引用机制分析中,JVM 会去尝试回收软引用指向的对象等
(2)在 java.nio.BIts.reserveMemory() 中,会调用 System.gc(),以清理空间
(3)不是在任何情况下,垃圾收集器都会被触发,如:分配一个超大对象,JVM 可以判断出垃圾收集并不能解决问题,所以直接抛出 OutOfMemoryError
内存泄漏(Memory Leak)
1、只有对象不会再被程序使用,但 GC 又不能回收的情况
2、广泛意义上的内存泄漏
(1)内存泄漏导致对象的生命周期变长,甚至导致 OOM
(2)内存泄漏并不会立刻引起程序崩溃,程序中的可用内存逐渐减少,最终出现 OutOfMemory 异常,导致程序崩溃
(3)可用内存不是指物理内存,而是指虚拟内存大小,虚拟内存大小取决于磁盘交换区设定的大小
Stop The World
1、简称 STW
(1)指 GC 事件发生过程中,会产生应用程序的停顿
(2)停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停,没有任何响应
(3)STW 是 JVM 在后台自动发起、自动完成,在用户不可见的情况下,把用户正常的工作线程全部停止
2、可达性分析算法中,枚举根节点(GC Roots)会导致所有 Java 执行线程停顿
(1)分析工作必须确保,在一致性的快照中进行
(2)一致性指整个分析期间,整个执行系统被冻结在某个时间点上
(3)如果出现分析过程中,对象引用关系还在不断变化,则分析结果的准确性无法保证
3、GC 相关
(1)被 STW 中断的应用程序线程会在完成 GC 之后恢复
(2)STW 事件和所采用 GC 无关,所有 GC 都有 STW 事件
(3)G1 不能完全避免 Stop-the-World 情况发生,只能缩短暂停时间
4、开发中不使用 System.gc() 会导致 Stop-the-World 的发生
并发(Concurrent)
1、在操作系统中,指一个时间段中,多个程序都处于已启动运行到运行完毕之间,且程序都是在同一个处理器上运行
2、并发不是真正意义上的同时进行
(1)只是 CPU 把一个时间段划分成几个时间片段(时间区间),然后在这几个时间区间之间来回切换
(2)由于 CPU 处理的速度非常快,只要时间间隔处理得当,用户感知是多个应用程序同时在进行
并行(Parallel)
1、当系统有一个以上 CPU 时,当一个 CPU 执行一个进程时,另一个 CPU 可以执行另一个进程,两个进程互不抢占 CPU 资源,可以同时进行
2、决定并行的因素:CPU 的核心数量,而不是 CPU 的数量,一个多核 CPU 也可以并行
3、应用场景:科学计算,后台处理等弱交互场景
对比
1、并发
(1)多个事情,在同一时间段内,同时发生
(2)并发的多个任务之间,互相抢占资源
2、并行
(1)多个事情,在同一时间点上,同时发生
(2)并行的多个任务之间,不互相抢占资源
3、只有在多 CPU 或者一个 CPU 多核的情况中,才会发生并行,否则都为并发执行
垃圾回收的并发与并行
1、并行(Parallel)
(1)指多条垃圾收集线程并行工作,但此时用户线程仍处于等待状态
(2)如:ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old
2、串行(Serial)
(1)相较于并行的概念,单线程执行
(2)如果内存不够,则程序暂停,启动 JVM 垃圾回收器进行垃圾回收
(3)回收完,再启动程序的线程
3、并发(Concurrent)
(1)指用户线程与垃圾收集线程交替执行
(2)用户程序在继续运行,而垃圾收集程序线程运行于另一个 CPU 上
(3)如:CMS、G1
安全点
1、程序执行时,并非在所有地方都能停顿下来开始 GC,只有在特定的位置才能停顿下来开始 GC
2、Safe Point 的选择
(1)如果太少可能导致 GC 等待的时间太长,如果太频繁可能导致运行时的性能问题
(2)大部分指令的执行时间都非常短,标准为是否具有让程序长时间执行的特征,选择一些执行时间较长的指令作为 Safe Point,如:方法调用、循环跳转、异常跳转等
3、在 GC 发生时,检查所有线程,确保都在最近的安全点
(1)抢先式中断(没有虚拟机采用):首先中断所有线程,若有线程不在安全点,就恢复线程,让线程到安全点
(2)主动式中断:设置一个中断标志,各个线程运行到安全点时,主动轮询中断标志,如果中断标志为真,表示即将 GC,则将线程进行中断挂起(有轮询的机制)
安全区域(Safe Resion)
1、程序不执行时,例如线程处于 Sleep 状态或 Blocked 状态,无法响应 JVM 的中断请求,无法到安全点去中断挂起,JVM 不可能等待线程被唤醒
2、安全区域:在一段代码片段中,对象的引用关系不会发生变化,在这个区域中的任何位置开始 GC 都是安全的
3、可以把 Safe Region 看作被扩展的 Safepoint
4、实际执行
(1)当线程运行到 Safe Region 的代码时,首先标识已经进入 Safe Relgion,如果这段时间内发生 GC,JVM 会忽略标识为 Safe Region 状态的线程
(2)当线程即将离开 Safe Region 时,会检查 JVM 是否已经完成 GC,如果完成,则继续运行,否则线程必须等待,直到收到可以安全离开 Safe Region 的信号为止
引用
1、描述一类对象:当内存空间还足够时,则能保留在内存中;如果在进行垃圾收集后,内存空间仍不足,则可以抛弃这些对象
2、在 JDK1.2 版之后,Java 对引用的概念进行了扩充
(1)4 种引用强度逐渐减弱:强引用(Strong Reference)、软引用(Soft Reference)、弱引用(Weak Reference)、虚引用(Phantom Reference)
(2)除强引用外,其他 3 种引用均在 java.lang.ref 包中
(3)Reference 子类中,只有终结器引用是包内可见的,其他 3 种引用类型均为 public,可以在应用程序中直接使用
(4)强引用(StrongReference):在程序代码之中,普遍存在的引用赋值,即类似“Object obj = new Object()”引用关系,无论任何情况下,只要强引用关系还存在,垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象
(5)软引用(SoftReference):在系统将要发生内存溢出之前,将会把这些对象列入回收范围之中,进行第二次回收,如果这次回收后还没有足够的内存,才会抛出内存流出异常
(6)弱引用(WeakReference):被弱引用关联的对象,只能生存到下一次垃圾收集之前,当垃圾收集器工作时,无论内存空间是否足够,都会回收掉被弱引用关联的对象
(7)虚引用(PhantomReference):一个对象是否有虚引用的存在,完全不会对其生存时间构成影响,也无法通过虚引用来获得一个对象的实例,为一个对象设置虚引用关联的唯一目的,就是能在这个对象被收集器回收时,收到一个系统通知
强引用(Strong Reference)
1、在 Java 程序中
(1)最常见的引用类型是强引用(普通系统 99% 以上都是强引用),即最常见的普通对象引用,也是默认的引用类型
(2)当在 Java 语言中使用 new 操作符创建一个新的对象,并将其赋值给一个变量时,这个变量就成为指向该对象的一个强引用
2、强引用的对象是可触及的,垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象
(1)对于一个普通的对象,如果没有其他的引用关系,只要超过引用的作用域或显式地将相应(强)引用赋值为 null,即可以被回收,当然具体回收时机根据垃圾收集策略决定
(2)相对的,软引用、弱引用、虚引用的对象分别是软可触及、弱可触及、虚可触及,在一定条件下,都是可以被回收的,所以,强引用是造成 Java 内存泄漏的主要原因之一
3、特点
(1)强引用可以直接访问目标对象
(2)强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收,虚拟机抛出 OOM 异常,也不会回收强引用所指向对象
(3)强引用可能导致内存泄漏
软引用(Soft Reference)
1、内存不足即回收
2、软引用描述一些还有用,但非必需的对象
(1)只被软引用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常前,会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收
(2)垃圾回收器在某个时刻决定回收软可触及的对象时,会清理软引用,并可选地把引用存放到一个引用队列(Reference Queue)
(3)如果这次回收还没有足够的内存,才会抛出内存溢出异常
3、软引用实现内存敏感的缓存
(1)如:高速缓存
(2)如果还有空闲内存,就可以暂时保留缓存,当内存不足时清理掉,保证使用缓存的同时,不会耗尽内存
4、类似弱引用,但 JVM 尽量让软引用的存活时间长一些,内存不足才清理
5、在 JDK1.2 版之后,提供 java.lang.ref.SoftReference 类来实现软引用
弱引用(Weak Reference)
1、发现即回收
2、弱引用描述那些非必需对象
(1)只被弱引用关联的对象,只能生存到下一次垃圾收集发生为止
(2)在系统 GC 时,只要发现弱引用,不管系统堆空间使用是否充足,都会回收掉只被弱引用关联的对象
(3)由于垃圾回收器的线程通常优先级很低,并不一定能很快地发现持有弱引用的对象,在这种情况下,弱引用对象可以存在较长的时间
4、弱引用和软引用一样,在构造弱引用时,也可以指定一个引用队列
(1)当弱引用对象被回收时,就会加入指定的引用队列,通过这个队列可以跟踪对象的回收情况
(2)软引用、弱引用都适合保存缓存数据,当系统内存不足时,缓存数据会被回收,不会导致内存溢出;当内存资源充足时,缓存数据又可以存在相当长的时间,从而加速系统
5、在 JDK1.2 版之后提供 WeakReference 类来实现弱引用
(1)WeakHashMap 用来存储图片信息,可以在内存不足时,及时回收,避免 OOM
6、弱引用对象与软引用对象的最大不同
(1)当 GC 在进行回收时,需要通过算法检查是否回收软引用对象
(2)对于弱引用对象,GC 总是进行回收,弱引用对象更容易、更快被 GC 回收
终结器引用
1、用于实现对象的 finalize() 方法
2、无需手动编码,其内部配合引用队列使用
3、在 GC 时,终结器引用入队
(1)由 Finalizer 线程,通过终结器引用,找到被引用对象,调用它的 finalize()
(2)第二次 GC 时,才回收被引用的对象
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