JVM垃圾回收

一、垃圾回收判断

　　引用计数法：每次引用+1，解引用-1，引用为0可被回收，解决不了循环引用问题，会造成内存泄漏

　　可达性分析算法：被根对象直接或间接引用的对象都不能回收

Q：那些对象可以作为GC Root？

　　Memory Analyzer工具可以作为堆内存分析工具，可以找到作为GC Root的对象

　　抓取内存快照jmap -dump:format-b,live,file-1.bin pid

　　a、System class 系统核心类，Object类，String类，HashMap等等

　　b、Native Stack 操作引用的

　　c、Thread 活动线程使用的对象，例如被局部变量引用的对象

　　d、Business Monitor  被加锁的对象

二、四种引用

1、强引用 只有所有 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（SoftReference） 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出发垃圾回收，回收软引用 对象 可以配合引用队列来释放软引用自身

3、弱引用（WeakReference） 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 可以配合引用队列来释放弱引用自身

4、虚引用（PhantomReference） 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（FinalReference） 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 暂时没有被回收），再由 Finalizer 线程通过终结器引用找到被引用对象并调用它的 finalize 方法，第二次 GC 时才能回收被引用对象

　　例如：创建ByteBuffer的时候会创建一个名为Cleaner的虚引用对象，当ByteBuffer没有被强引用所引用就会被jvm垃圾回收，虚引用Cleaner就会进入引用队列，会有专门的线程扫描引用队列，被发现后会调用直接内存地址的方法将直接内存释放掉，保证直接内存不会导致内存泄漏

是所有引用类型中最弱的，一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生命周期构成影响，也无法通过虚引用获得一个对象实例。

　　终结器引用：创建的时候会关联一个引用队列，当A4对象没有被强引用所引用时，A4被垃圾回收的时候，会将终结器引用放入到一个引用队列（被引用对象暂时还没有被垃圾回收），有专门的线程（优先级较低，可能会造成对象迟迟不被回收）扫描引用队列并调用finallize（）方法，第二次GC的时候才能回收掉被引用对象

三、垃圾回收算法

　　标记-清除：速度快，但会产生内存碎片

　　标记-整理：解决内存碎片问题，但效率低，牵扯到内存地址的变动

　　标记-复制：两块区域FROM和TO，首先标记，再进行复制从FROM到TO，最后进行交换，不会产生碎片问题，但会产生两块区域浪费内存空间

　　分代垃圾回收机制：新生代（eden，s1，s2），老年代

新的对象先被放入eden区，如果eden内存空间不够，会进行一次Minor GC，先标记出不能回收的对像，复制到TO区，对象年龄+1，再与FROM交换位置，

当年龄大于15的时候就会被移到老年代，当老年代内存空间不足的时候，会先进行至少一次Minor GC，如果内存还是不足则会进行一次Full GC，此时如果内存还是不足则会产生内存溢出。

GC会产生Stop The World，根据老年代的特点采用标记-整理-清除算法。

 四、垃圾回收器

1、串行：单线程回收 

　　单线程

　　堆内存较小，适合个人使用

　　-XX:+UseSerialGC

2、吞吐量优先：基于标记-整理的算法来进行垃圾回收，运行到一个节点（安全点），STW所有线程（一般就是核心数）一起进行垃圾回收，cpu在这时会突然飙高到100%

　　多线程

　　堆内存较大，多核cpu

　　让单位时间内，STW的时间最短

　　并行的执行，会STW

　　-XX:+UseParallelGC 作用在新生代 

　　-XX:+UseParallelOldGC 作用在老年代

　　-XX:UseAdaptiveSizePolicy 设置此项以后，并行收集器会自动选择年轻代大小和相应的Surivior区比例，以达到目标系统规定的最低响应时间或者收集频率等，此值建议使用并行收集器时一直打开。

　　-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n) n一般设置19  一百分钟内允许五分钟的暂停

　　-XX:MaxGCPauseMillis=100:设置每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小，以满足此值

　　-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器并行收集时，使用的线程数，一般等于CPU数

3、响应时间优先（CMS主要作用于老年代）：基于标记-清除的算法并发（减少STW的时间）的进行垃圾回收，分为4个阶段：

（1）初始标记：只标记出根对象直接引用的对象，STW

（2）并发标记：继续标记其他对象，与应用程序是并发执行

（3）重新标记：对并发执行阶段的对象进行重新标记，STW，因为在并发标记的时候，用户线程也在执行

（4）并发清除：将产生的垃圾清除。清除过程中，应用程序又会不断的产生新的垃圾，叫做浮动垃圾，这些垃圾就要留到下一次GC过程中清除。

当内存碎片化较多的时候，不能够存储新的对象的时候，会退化成单线程垃圾回收器，进行一次标记整理。

特点：

（1）多线程

（2）堆内存较大，多核cpu

（3）尽可能让单次STW的时间最短

（4）并发的执行，不会停掉用户线程（只是其中一些阶段）

　　-XX:+UseParNewGC 作用在新生代 （基于标记-复制算法）

　　-XX:+UseConcMarkSweepGC 作用在老年代 ，有时候并发失败会退化到-SerialOld（串行化）

　　-XX:ParallelGCThreads=n：并行收集线程数

　　-XX:ConcGCThreads=n：设置并发收集器收集时使用的线程数，建议并行收集线程数的1/4

　　-XX:CMSFULLGCsBeforCompaction=n:由于并发收集器不对内粗空间进行压缩、整理，所以运行一段时间会产生“碎片”，使得运行效率低。此值设置运行n次GC以后对内训空间进行压缩、整理。

　　-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片。

　　-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70：当老年代内存使用达到n%,开始回收。CMSInitiatingOccupancyFraction = (100 - MinHeapFreeRatio) + (CMSTriggerRatio * MinHeapFreeRatio / 100)`

　　-XX:+CMSScavengeBeforeRemark：重新标记之前先进行一次ygc

4、Garbage First（G1）

　　整体上不再分成新生代和老年代，而是将内存分成一个个小的Region，但是每个Regin在逻辑上是属于老年代或者新生代的其中一种。分为4个阶段：

（1）初始标记：标记出GC Root直接应用的对象，STW

（2）标记Region：通过RSet标记出上一个阶段标记出的Region引用到的old区Region

（3）并发标记：标记范围是上一步标记出来的old区Region

（4）重新标记：跟CMS差不多

（5）垃圾清除：与CMS不同的是，G1可以采用拷贝算法，直接将整个Region中的对象拷贝到另一个Region。而这个阶段，G1只选择垃圾较多的Region来清理，并不是完全清理。

（1）同时注重吞吐量和低延迟，并发的执行

（2）适合超大内存，划分多个相等的区域

（3）整体上使用的标记整理算法，两个区域之间使用的复制算法

配置参数参考：https://blog.csdn.net/megustas_jjc/article/details/105470675

java9之前，-XX:+UseG1GC，java9之后默认是G1

 -XX:MaxGCPauseMillis=n：设置最大GC 暂停时间。这是一个大概值，JVM 会尽可能的满足此值

-XX:G1HeapRegionSize=n：使用G1，Java堆被划分为大小均匀的区域。这个参数配置各个子区域的大小。此参数的默认值根据堆大小的人工进行确定。最小值为 1Mb 且最大值为 32Mb。

回收阶段：https://www.jianshu.com/p/989429f646af

Q：新生代垃圾回收，跨代引用问题？

　　采用以卡表与Remembered Set的方法解决，https://blog.csdn.net/weixin_49193222/article/details/111313505

Q：Remark

• 黑色：表示根对象，或者该对象与它引用的对象都已经被扫描过了。
• 灰色：该对象本身已经被标记，但是它引用的对象还没有扫描完。
• 白色：未被扫描的对象，如果扫描完所有对象之后，最终为白色的为不可达对象，也就是垃圾对象。

jdk8u20-XX:+UseStringDeduplication字符串去重功能（会占用cpu时间）

jdk8u40-XX:+ClassUnloadingWithConcurrentMark 在并发标记阶段结束后，JVM就进行类卸载

jdk8u60 回收巨型对象：不会进行copy，回收时优先考虑，会跟踪老年代所有的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被回收

jdk9对G1的优化：

（1）并发标记必须在堆空间占满前完成，否则退化为fullGC。

（2）jdk9之前需要使用XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n（启动并发GC周期时的堆内存占用百分比，G1之类的垃圾收集器用它来触发并发GC周期，基于整个堆的使用率,而不只是某一代内存的使用比值为 0 则表示"一直执行GC循环"，默认值为 45）设置，jdk9之后，可以动态调整这个值，会添加一个安全的空挡空间。

五、JVM调优

　　1、官网查看JVM参数

　　2、java –XX:+PrintFlagsFinal -versio | findStr "GC" 查看GC配置情况

　　3、内存

　　4、锁竞争

　　5、cpu

　　6、吞吐量和响应时间的取舍

　　7、ZGC是从JDK11中引入的一种新的支持弹性伸缩和低延迟垃圾收集器

　　8、另一种虚拟机Zing

六、GC调优

1、新生代内存调优

Q：新生代越大越好吗？

A：否，新生代太小，会频繁的发生minor gc，太大发生GC的时间会延后，并且会占用老年代的空间，使得发生full GC的几率变高，官网建议25%网上，50%往下，实际配置时要进行权衡

Eden区：能容纳并发量 *（请求 - 响应）的数据

幸存区：大到能保存【当前活跃对象 + 需要晋升对象】，晋升阈值调配要得当

2、老年代的内存调优

（1）越大越好

（2）先尝试不做调优，如果没有full GC，可以先尝试调优新生代

（3）观察发生full GC时 老年代内存占用，响应调大1/4-1/3

（4）调整老年代占用达到的阈值为75%-80%