JVM常见面试题（四）：垃圾回收

文章目录

前言

  • 堆区域划分
  • GC分类
  • 空间分配担保
  • 查看JDK使用的垃圾回收器
  • 常见面试题

一、对象什么时候可以被垃圾器回收

  • 1.1 对象何时被垃圾器回收

  • 1.2 如何定位垃圾/判断对象是否死亡

    • 1.2.1 引用计数法
    • 1.2.2 可达性分析算法

  • 1.3 如何判断一个常量是废弃常量

  • 1.4 如何判断一个类是无用的类

二、JVM 垃圾回收算法有哪些

  • 2.1 标记清除算法
  • 2.2 标记整理算法
  • 2.3 复制算法
  • 2.4 分代收集算法

三、说一下JVM中的分代回收

  • 3.1 堆区域划分
  • 3.2 分代收集算法—工作机制/回收策略
  • 3.3 GC分类/MinorGC、Mixed GC、FullGC的区别是什么

四、JVM有哪些垃圾回收器

  • 4.1 串行垃圾收集器

  • 4.2 并行垃圾收集器

    • Parallel New、Parallel Old
    • Parallel Scavenge收集器

  • 4.3 CMS（并发）垃圾收集器

  • 4.4 G1垃圾回收器

  • 4.5 ZGC垃圾回收器

五、详细聊一下G1垃圾回收器

  • G1回收器详解
  • Young Collection（年轻代垃圾回收）
  • Young Collection + Concurrent Mark (年轻代垃圾回收+并发标记)
  • Mixed Collection (混合垃圾回收)

六、强引用、软引用、弱引用、虚引用

  • 6.1 强引用（StrongReference）
  • 6.2 软引用（SoftReference）
  • 6.3 弱引用（WeakReference）
  • 6.4 虚引用（PhantomReference）

七、总结

前言

当需要排查各种内存溢出问题、当垃圾收集成为系统达到更高并发的瓶颈时，我们就需要对这些“自动化"的技术实施必要的监控和调节。

  • Java 的自动内存管理主要是针对对象内存的回收和对象内存的分配。同时，Java自动内存管理最核心的功能是堆内存中对象的分配与回收。
  • Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此也被称作GC堆（Garbage Collected Heap）。
  • 从垃圾回收的角度来说，由于现在收集器基本都采用分代垃圾收集算法，所以Java堆被划分为了几个不同的区域，这样我们就可以根据各个区域的特点选择合适的垃圾收集算法。

堆区域划分


GC分类

针对HotSpot VM的实现，它里面的GC其实准确分类只有两大种：

  • 部分收集(Partial GC)：
    • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只对新生代进行垃圾收集；
    • 老年代收集（Major GC／Old GC）：只对老年代进行垃圾收集。需要注意的是Major GC在有的语境中也用于指代整堆收集；
    • 混合收集（Mixed GC）：对整个新生代和部分老年代进行垃圾收集。
  • 整堆收集(Full GC)：收集整个Java堆和方法区。新生代 + 老年代完整垃圾回收

空间分配担保

空间分配担保是为了确保在Minor GC之前老年代本身还有容纳新生代所有对象的剩余空间。

《深入理解Java虚拟机》第三章对于空间分配担保的描述如下：

  • JDK6 Update 24之前，在发生Minor GC之前，虚拟机必须先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间，如果这个条件成立，那这一次Minor GC可以确保是安全的。如果不成立，则虚拟机会先查看-XX:HandlePromotionFailure 参数的设置值是否允许担保失败（Handle
    Promotion Failure)；如果允许，那会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，将尝试进行一次Minor GC，尽管这次Minor GC是有风险的；如果小于，或者-XX：HandlePromotionFailure 设置不允许冒险，那这时就要改为进行一次Full GC。
  • JDK6 Update 24之后的规则变为只要老年代的连续空间大于新生代对象总大小或者历次晋升的平均大小，就会进行Minor GC，否则将进行Full GC。

查看JDK使用的垃圾回收器

JDK默认垃圾收集器（使用 java -XX:+PrintCommandLineFlags -version命令查看）：

  • JDK 8：Parallel Scavenge (新生代）+ Parallel Old (老年代)
  • JDK 9 ~ JDK22：G1
#查看被手动指定的参数。关注结果中的 UsexxxxGC 参数，如果没有指定，则使用默认收集器
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version  

#查看所有参数
java -XX:+PrintFlagsFinal -version

#过滤查看GC相关参数。 这将列出所有与GC相关的参数。如果所有相关参数都为 false，则使用默认收集器。
java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep .*Use.*GC.*      #Linux系统
java -XX:+PrintFlagsFinal -version | findstr .*Use.*GC.*   #Windows系统

上图表面jdk1.8使用的是默认的ParallelGC组合，即新生代Parallel Scavenge和老年代Parallel Old。

常见面试题

  • 如何判断对象是否死亡/如何定位垃圾（两种方法）
  • 简单的介绍一下强引用、软引用、弱引用、虚引用（虚引用与软引用和弱引用的区别、使用软引用能带来的好处）
  • 如何判断一个常量是废弃常量
  • 如何判断一个类是无用的类
  • 垃圾收集有哪些算法，各自的特点？
  • HotSpot为什么要分为新生代和老年代？
  • 常见的垃圾回收器有哪些？
  • 介绍一下CMS,G1收集器
  • Minor GC和Full GC有什么不同呢？

一、对象什么时候可以被垃圾器回收

1.1 对象何时被垃圾器回收

  • 如果一个或多个对象没有任何的引用指向它了，那么这个对象现在就是垃圾，如果定位了垃圾，则有可能会被垃圾回收器回收。
  • 如果要定位什么是垃圾，有两种方式来确定，第一个是引用计数法，第二个是可达性分析算法

1.2 如何定位垃圾/判断对象是否死亡

如果要定位什么是垃圾，有两种方式来确定，第一个是引用计数法，第二个是可达性分析算法

1.2.1 引用计数法

一个对象被引用了一次，在当前的对象头上递增一次引用次数，如果这个对象的引用次数为0，代表这个对象可回收

这个方法实现简单，效率高，但是目前主流的虚拟机中并没有选择这个算法来管理内存，其最主要的原因是它很难解决对象之间循环引用的问题。

当对象间出现了循环引用的话，则引用计数法就会失效。

1.2.2 可达性分析算法

现在的虚拟机采用的都是通过可达性分析算法来确定哪些内容是垃圾。

这个算法的基本思想就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，节点所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连的话，则证明此对象是不可用的，需要被回收。

哪些对象可以作为 GC Root ?

  • 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
  • 方法区中类静态属性引用的对象
  • 方法区中常量引用的对象
  • 本地方法栈中 JNI（即一般说的 Native 方法）引用的对象

重点看前三种

对象可以被回收，就代表一定会被回收吗？

即使在可达性分析法中不可达的对象，也并非是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“缓刑阶段”，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程；可达性分析法中不可达的对象被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize方法。当对象没有覆盖finalize方法，或finalize方法已经被虚拟机调用过时，虚拟机将这两种情况视为没有必要执行。

被判定为需要执行的对象将会被放在一个队列中进行第二次标记，除非这个对象与引用链上的任何一个对象建立关联，否则就会被真的回收。

Object类中的finalize方法一直被认为是一个糟糕的设计，成为了Java语言的负担，影响了Java语言的安全和GC的性能。JDK9版本及后续版本中各个类中的finalize方法会被逐渐弃用移除。忘掉它的存在吧！

无论是通过引用计数法判断对象引用数量，还是通过可达性分析法判断对象的引用链是否可达，判定对象的存活都与“引用”有关。
JDK1.2之前，Java中引用的定义很传统：如果reference类型的数据存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称这块内存代表一个引用。
JDK1.2以后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用四种（引用强度逐渐减弱）

引用类型详解可见本文第六节。

1.3 如何判断一个常量是废弃常量

运行时常量池主要回收的是废弃的常量。那么，我们如何判断一个常量是废弃常量呢？

  1. JDK1.7之前运行时常量池逻辑包含字符串常量池存放在方法区，此时hotspot虚拟机对方法区的实现为永久代
  2. JDK1.7字符串常量池被从方法区拿到了堆中，这里没有提到运行时常量池，也就是说字符串常量池被单独拿到堆，运行时常量池剩下的东西还在方法区，也就是hotspot中的永久代，
  3. JDK1.8 hotspot移除了永久代用元空间(Metaspace)取而代之，这时候字符串常量池还在堆，运行时常量池还在方法区，只不过方法区的实现从永久代变成了元空间（IMetaspace)

假如在字符串常量池中存在字符串"abe"，如果当前没有任何String对象引用该字符串常量的话，就说明常量"abc"就是废弃常量，如果这时发生内存回收的话而且有必要的话，"abc"就会被系统清理出常量池了。

1.4 如何判断一个类是无用的类

方法区主要回收的是无用的类，那么如何判断一个类是无用的类的呢？

判定一个常量是否是“废弃常量”比较简单，而要判定一个类是否是“无用的类”的条件则相对苛刻许多。类需要同时满足下面3个条件才能算是“无用的类”：

  • 该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例。
  • 加载该类的ClassLoader 已经被回收。
  • 该类对应的java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

虚拟机可以对满足上述3个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“可以”，而并不是和对象一样不使用了就会必然被回收。

二、JVM 垃圾回收算法有哪些

  • 标记清除算法
  • 复制算法
  • 标记整理算法

2.1 标记清除算法

标记清除算法（Mark-and-Sweep），是将垃圾回收分为2个阶段，分别是标记（Mark）和清除（Sweep）。

  1. 根据可达性分析算法得出的垃圾进行标记
  2. 对这些标记为可回收的内容进行垃圾回收

它是最基础的收集算法，后续的算法都是对其不足进行改进得到。这种垃圾收集算法会带来两个明显的问题：

  • 效率问题：标记和清除两个过程效率都不高
  • 空间问题：标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，

关于具体是标记可回收对象（垃圾）还是不可回收对象，众说纷运，两种说法其实都没问题，我个人更倾向于是前者。

如果按照前者的理解，整个标记-清除过程大致是这样的：

  1. 当一个对象被创建时，给一个标记位，假设为o（false)；
  2. 在标记阶段，我们将所有可达对象（或用户可以引用的对象）的标记位设置为1（true);
  3. 扫描阶段清除的就是标记位为o（false)的对象。

2.2 标记整理算法

标记-整理（Mark-and-Compact）算法是根据老年代的特点提出的一种标记算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象回收，而是让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

优缺点同标记清除算法，解决了标记清除算法的碎片化的问题，同时标记压缩算法多了一步，对象移动内存位置的步骤，其效率也有有一定的影响。

由于多了整理这一步，因此效率也不高，适合老年代这种垃圾回收频率不是很高的场景。

2.3 复制算法

复制算法（Copying）将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块。当这一块的内存使用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉。这样就使每次的内存回收都是对内存区间的一半进行回收。

优点：

  • 在垃圾对象多的情况下，效率较高
  • 清理后，内存无碎片

虽然改进了标记-清除算法，但依然存在下面这些问题：

  • 可用内存变小：可用内存缩小为原来的一半，内存使用率较低。
  • 不适合老年代：如果存活对象数量比较大，复制性能会变得很差。

2.4 分代收集算法

当前虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将Java堆分为新生代和老年代，这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。

比如在新生代中，每次收集都会有大量对象死去，所以可以选择“复制”算法，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的对象存活几率是比较高的，而且没有额外的空间对它进行分配担保，所以我们必须选择“标记-清除”或“标记-整理”算法进行垃圾收集。

具体细节可查阅本文第三节。

延伸面试问题：HotSpot为什么要分为新生代和老年代？

根据上面的对分代收集算法的介绍回答。（可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法）

三、说一下JVM中的分代回收

3.1 堆区域划分

Java8-JVM内存结构：

在java8时，堆被分为了两份：新生代和老年代【1：2】。

对于新生代，内部又被分为了三个区域：Eden、from、to

  • 伊甸园区Eden，新生的对象都分配到这里
  • 幸存者区survivor(分成from和to)
  • Eden区，from区，to区【8：1：1】

3.2 分代收集算法—工作机制/回收策略

  • 新创建的对象，都会先分配到eden区
  • 当伊甸园内存不足，标记伊甸园与 from（现阶段没有）的存活对象
  • 将存活对象采用复制算法复制到 to 中，复制完毕后，伊甸园和 from 内存都得到释放
  • 经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记eden区域、to区存活的对象，将存活的对象复制到from区
  • 当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），晋升到老年代（幸存区内存不足或大对象会导致提前晋升）

3.3 GC分类/MinorGC、Mixed GC、FullGC的区别是什么

针对HotSpot VM的实现，它里面的GC其实准确分类只有两大种：

  • 部分收集(Partial GC)：
    • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只对新生代进行垃圾收集。发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短（STW）
    • 老年代收集（Major GC／Old GC）：只对老年代进行垃圾收集。需要注意的是Major GC在有的语境中也用于指代整堆收集；
    • 混合收集（Mixed GC）：对整个新生代和部分老年代进行垃圾收集。新生代 + 老年代部分区域的垃圾回收，G1 收集器特有（只有G1有这个模式）
  • 整堆收集(Full GC)：收集整个Java堆和方法区。新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长（STW），应尽力避免

STW（Stop-The-World）：暂停所有应用程序线程，等待垃圾回收的完成

四、JVM有哪些垃圾回收器

如果说收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

虽然我们对各个收集器进行比较，但并非要挑选出一个最好的收集器。因为直到现在为止还没有最好的垃圾收集器出现，更加没有万能的垃圾收集器，我们能做的就是根据具体应用场景选择适合自己的垃圾收集器。试想一下：如果有一种四海之内、任何场景下都适用的完美收集器存在，那么我们的HotSpot虚拟机就不会实现那么多不同的垃圾收集器了。

JDK默认垃圾收集器（使用 java -XX:+PrintCommandLineFlags -version命令查看）：

  • JDK 8：Parallel Scavenge (新生代）+ Parallel Old (老年代)
  • JDK 9 ~ JDK22：G1

在jvm中，实现了多种垃圾收集器，包括：

  • 串行垃圾收集器：Serial GC、Serial Old GC
  • 并行垃圾收集器：Parallel Old GC、ParNew GC
  • CMS（并发）垃圾收集器：CMS GC，作用在老年代
  • G1垃圾收集器，作用在新生代和老年代

4.1 串行垃圾收集器

Serial（串行）收集器是最基本、历史最悠久的垃圾收集器了。大家看名字就知道这个收集器是一个单线程收集器了。它的“单线程”的意义不仅仅意味着它只会使用一条垃圾收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是它在进行垃圾收集工作的时候必须暂停其他所有的工作线程（"StopTheWorld"），直到它收集结束。

新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。

Serial和Serial Old串行垃圾收集器，是指使用单线程进行垃圾回收，堆内存较小，适合个人电脑

  • Serial 作用于新生代，采用复制算法
  • Serial Old 作用于老年代，采用标记-整理算法

垃圾回收时，只有一个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。

虚拟机的设计者们当然知道StopTheWorld带来的不良用户体验，所以在后续的垃圾收集器设计中停顿时间在不断缩短（仍然还有停顿，寻找最优秀的垃圾收集器的过程仍然在继续）。

但是Serial收集器有没有优于其他垃圾收集器的地方呢？当然有，它简单而高效（与其他收集器的单线程相比）。Serial收集器由于没有线程交互的开销，自然可以获得很高的单线程收集效率。Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是个不错的选择。

4.2 并行垃圾收集器

Parallel New、Parallel Old

Parallel New和Parallel Old是一个并行垃圾回收器，JDK8默认使用此垃圾回收器

  • Parallel New作用于新生代，采用复制算法
  • Parallel Old作用于老年代，采用标记-整理算法。Parallel Scavenge收集器的老年代版本

垃圾回收时，多个线程在工作，并且java应用中的所有线程都要暂停（STW），等待垃圾回收的完成。

Parallel Scavenge收集器

Parallel Scavenge收集器也是使用标记-复制算法的多线程收集器，它看上去几乎和ParNew都一样。那么它有什么特别之处呢？

-XX:+UseParallelGC        使用 Parallel收集器+老年代串行
-XX:+UseParallelOldGC     使用 Parallel收集器+老年代并行

Parallel Scavenge收集器关注点是吞吐量（高效率的利用CPU）。CMS等垃圾收集器的关注点更多的是用户线程的停顿时间（提高用户体验）。所谓吞吐量就是CPU中用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值。Parallel Scavenge收集器提供了很多参数供用户找到最合适的停顿时间或最大吞吐量，如果对于收集器运作不太了解，手工优化存在困难的时候，使用Parallel Scavenge收集器配合自适应调节策略，把内存管理优化交给虚拟机去完成也是一个不错的选择。

新生代采用标记-复制算法，老年代采用标记-整理算法。

这是JDK1.8默认垃圾收集器，即Parallel Scavenge (新生代）+ Parallel Old (老年代)。使用 java -XX:+PrintCommandLineFlags -version命令直接在命令行查看

#查看被手动指定的参数。关注结果中的 UsexxxxGC 参数，如果没有指定，则使用默认收集器
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version  

#查看所有参数
java -XX:+PrintFlagsFinal -version

#过滤查看GC相关参数。 这将列出所有与GC相关的参数。如果所有相关参数都为 false，则使用默认收集器。
java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep .*Use.*GC.*      #Linux系统
java -XX:+PrintFlagsFinal -version | findstr .*Use.*GC.*   #Windows系统

上图表面jdk1.8使用的是默认的ParallelGC组合，即新生代Parallel Scavenge和老年代Parallel Old。

JDKi.8默认使用的是 Parallel Scavenge + Parallel Old，如果指定了-XX：+UseParallelGC 参数，则默认指定了 -XX:+UseParallelOldGC，可以使用-XX:-UseParalleloldGC来禁用该功能。

4.3 CMS（并发）垃圾收集器

CMS全称 Concurrent Mark Sweep，是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器，该回收器是针对老年代垃圾回收的，是一款以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，停顿时间短，用户体验就好。其最大特点是在进行垃圾回收时，应用仍然能正常运行。

CMS收集器是HotSpot虚拟机第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程（基本上）同时工作。从名字中的Mark Sweep这两个词可以看出，CMS收集器是一种“标记-清除"算法实现的，它的运作过程相比于前面几种垃圾收集器来说更加复杂一些。整个过程分为四个步骤：

  • 初始标记：暂停所有的其他线程，并记录下直接与root相连的对象，速度很快；
  • 并发标记：同时开启GC和用户线程，用一个闭包结构去记录可达对象。但在这个阶段结束，这个闭包结构并不能保证包含当前所有的可达对象。因为用户线程可能会不断的更新引用域，所以GC线程无法保证可达性分析的实时性。所以这个算法里会跟踪记录这些发生引用更新的地方。
  • 重新标记：重新标记阶段就是为了修正并发标记期间因为用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段的时间稍长，远远比并发标记阶段时间短
  • 并发清除：开启用户线程，同时GC线程开始对未标记的区域做清扫。

（第一步是找出有哪些 gc root，第二步是顺着 gc root，第三步查找遗漏的对象。）

优缺点

  • 优点：并发收集，低停顿

  • 缺点

    • 对CPU资源敏感；
    • 无法处理浮动垃圾；
    • 它使用的回收算法-“标记-清除”算法会导致收集结束时会有大量空间碎片产生。

为什么有重新标记？

因为并发标记过程中其他线程是运行的，可能有新的对象可以被回收、或者引用发生改变，所以需要重新标记。

以下图为例，本来X为垃圾，但在并发标记阶段 A对象引用X对象，此时X不是垃圾、不能被回收，故需要重新标记

CMS垃圾回收器在Java9中已经被标记为过时（deprecated)，并在Java14中被移除。

4.4 G1垃圾回收器

G1(Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器，主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器。以极高概率满足GC停顿时间要求的同时，还具备高吞吐量性能特征。

具体细节可查阅本文第五节

4.5 ZGC垃圾回收器

与 CMS 中的 ParNew和 G1 类似，ZGC 也采用标记-复制算法，不过 ZGC 对该算法做了重大改进。

ZGC可以将暂停时间控制在几毫秒以内，且暂停时间不受堆内存大小的影响，出现Stop The World的情况会更少，但代价是牺牲了一些吞吐量。ZGC最大支持16TB的堆内存。

ZGC在Java11中引入，处于试验阶段。经过多个版本的选代，不断的完善和修复问题，ZGC在Java15已经可以正式使用了。不过，默认的垃圾回收器依然是G1。你可以通过下面的参数启用ZGC：

java -XX:+UseZGC className

在Java21中，引入了分代ZGC，暂停时间可以缩短到1毫秒以内。你可以通过下面的参数启用分代ZGC：

java -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational className

关于 ZGC 收集器的详细介绍推荐阅读美团技术团队的 新一代垃圾回收器ZGC的探索与实践 这篇文章。

五、详细聊一下G1垃圾回收器

G1回收器详解

G1(Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器，主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器。以极高概率满足GC停顿时间要求的同时，还具备高吞吐量性能特征。

  • 应用于新生代和老年代，在JDK9及之后默认使用G1
  • 划分成多个区域，每个区域都可以充当 eden，survivor，old， humongous，其中 humongous 专为大对象准备
  • 采用复制算法
  • 响应时间与吞吐量兼顾
  • 分成三个阶段：新生代回收、并发标记、混合收集
  • 如果并发失败（即回收速度赶不上创建新对象速度），会触发 Full GC

被视为JDK1.7中HotSpot虚拟机的一个重要进化特征。它具备以下特点：

  • 并行与并发：G1能充分利用CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个CPU（CPU或者CPU核心）来缩短Stop-The-World停顿时间。部分其他收集器原本需要停顿Java线程执行的GC动作，Gi收集器仍然可以通过并发的方式让java程序继续执行。
  • 分代收集：虽然G1可以不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆，但是还是保留了分代的概念。
  • 空间整合：与CMS的“标记-清除"算法不同，G1从整体来看是基于“标记-整理”算法实现的收集器；从局部上来看是基于“标记-复制”算法实现的。
  • 可预测的停顿：这是G1相对于CMS的另一个大优势，降低停顿时间是G1和CMS共同的关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为M室秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N掌秒。

G1收集器的运作大致分为以下几个步骤：

  • 初始标记
  • 并发标记
  • 最终标记
  • 筛选回收

G1收集器在后台维护了一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先选择回收价值最大的Region（这也就是它的名字Garbage-First的由来）。这种使用Region划分内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了G1收集器在有限时间内可以尽可能高的收集效率（把内存化整为零）。

从JDK9开始，G1垃圾收集器成为了默认的垃圾收集器。

Young Collection（年轻代垃圾回收）

  • 初始时，所有区域都处于空闲状态
  • 创建了一些对象，挑出一些空闲区域作为伊甸园区存储这些对象
  • 当伊甸园需要垃圾回收时，挑出一个空闲区域作为幸存区，用复制算法复制存活对象，需要暂停用户线程
  • 随着时间流逝，伊甸园的内存又有不足
  • 将伊甸园以及之前幸存区中的存活对象，采用复制算法，复制到新的幸存区，其中较老对象晋升至老年代

Young Collection + Concurrent Mark (年轻代垃圾回收+并发标记)

当老年代占用内存超过阈值(默认是45%)后，触发并发标记，这时无需暂停用户线程

  • 并发标记之后，会有重新标记阶段解决漏标问题，此时需要暂停用户线程。
  • 这些都完成后就知道了老年代有哪些存活对象，随后进入混合收集阶段。此时不会对所有老年代区域进行回收，而是根据暂停时间目标优先回收价值高（存活对象少）的区域（这也是 Gabage First 名称的由来）。

Mixed Collection (混合垃圾回收)

混合收集阶段中，参与复制的有 eden、survivor、old

复制完成，内存得到释放。进入下一轮的新生代回收、并发标记、混合收集

六、强引用、软引用、弱引用、虚引用

  • 无论是通过引用计数法判断对象引用数量，还是通过可达性分析法判断对象的引用链是否可达，判定对象的存活都与“引用”有关。
  • JDK1.2之前，Java中引用的定义很传统：如果reference类型的数据存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称这块内存代表一个引用。
  • JDK1.2以后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用四种（引用强度逐渐减弱）

强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别

6.1 强引用（StrongReference）

一般把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是强引用。以前我们使用的大部分引用实际上都是强引用，这是使用最普遍的引用，只要还有强引用指向一个对象，就能表明对象还“活着”、处于可达状态，垃圾收集器不会碰这种对象

如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

6.2 软引用（SoftReference）

软引用是用来描述一些还有用但并非必需的对象，需要用java.lang.ref.SoftReference类来实现。如果一个对象只具有软引用，那就类似于可有可无的生活用品。

在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收（在垃圾回收后，内存仍不足时会再次发出垃圾回收），如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。即如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。

软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收，JAVA虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

6.3 弱引用（WeakReference）

如果一个对象只具有弱引用，那就类似于可有可无的生活用品，和软引用类似。弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

6.4 虚引用（PhantomReference）

"虚引用"顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。

虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

特别注意，在程序设计中一般很少使用弱引用与虚引用，使用软引用的情况较多，这是因为软引用可以加速JVIM对垃圾内存的回收速度，可以维护系统的运行安全，防止内存溢出（OutOfMemory）等问题的产生。

七、总结

1）对象什么时候可以被垃圾器回收

如果一个或多个对象没有任何的引用指向它了，那么这个对象现在就是垃圾，如果定位了垃圾，则有可能会被垃圾回收器回收。

2）定位垃圾的方式有两种

  • 引用计数法
  • 可达性分析算法

3）JVM垃圾回收算法有哪些

  • 标记清除算法：垃圾回收分为2个阶段，分别是标记和清除，效率高，有磁盘碎片，内存不连续
  • 标记整理算法：标记清除算法一样，将存活对象都向内存另一端移动，然后清理边界以外的垃圾，无碎片，对象需要移动，效率低
  • 复制算法：将原有的内存空间一分为二，每次只用其中的一块，正在使用的对象复制到另一个内存空间中，然后将该内存空间清空，交换两个内存的角色，完成垃圾的回收；无碎片，内存使用率低

4）说一下JVM中的分代回收

  • 堆的区域划分
    • 在java8时，堆被分为了两份：新生代和老年代【1：2】。
    • 对于新生代，内部又被分为了三个区域：Eden区，幸存者区survivor(分成from和to)【8：1：1】
  • 对象回收分代回收策略
    • 新创建的对象，都会先分配到eden区
    • 当伊甸园内存不足，标记伊甸园与 from（现阶段没有）的存活对象
    • 将存活对象采用复制算法复制到 to 中，复制完毕后，伊甸园和 from 内存都得到释放
    • 经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记eden区域、to区存活的对象，将存活的对象复制到from区
    • 当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），晋升到老年代（幸存区内存不足或大对象会导致提前晋升）

5）MinorGC、Mixed GC、FullGC的区别是什么

  • MinorGC【young GC】：发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短（STW）
  • Mixed GC：新生代 + 老年代部分区域的垃圾回收，G1 收集器特有（只有G1有这个模式）
  • FullGC： 整堆收集，新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长（STW），应尽力避免

6）JVM有哪些垃圾回收器

在jvm中，实现了多种垃圾收集器，包括：

  • 串行垃圾收集器：Serial GC、Serial Old GC
  • 并行垃圾收集器：Parallel Old GC、ParNew GC
  • CMS（并发）垃圾收集器：CMS GC，作用在老年代
  • G1垃圾收集器，作用在新生代和老年代

7）详细聊一下G1垃圾回收器

  • 应用于新生代和老年代，在JDK9及之后默认使用G1
  • 划分成多个区域，每个区域都可以充当 eden，survivor，old， humongous，其中 humongous 专为大对象准备
  • 采用复制算法
  • 响应时间与吞吐量兼顾
  • 分成三个阶段：新生代回收(stw)、并发标记(重新标记stw)、混合收集
  • 如果并发失败（即回收速度赶不上创建新对象速度），会触发 Full GC

8）强引用、软引用、弱引用、虚引用的区别

  • 强引用：必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它。只要所有 GC Roots 能找到，就不会被回收
  • 软引用：可有可无的生活用品，如果内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它，如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。需要配合SoftReference使用，当垃圾多次回收，内存依然不够的时候会回收软引用对象
  • 弱引用：需要配合WeakReference使用，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，都会回收弱引用对象
  • 虚引用：必须配合引用队列使用，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

参考 黑马程序员相关视频与文档、JavaGuide-JVM垃圾回收详解

posted @ 2024-11-24 23:26  BJRA  阅读(69)  评论(0)  编辑  收藏  举报