第3章-垃圾收集器与内存分配策略

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本章介绍了垃圾收集的算法，几款JDK1.7中的垃圾收集器特点以及动作原理。通过代码验证实例验证了Java虚拟机中自动分配及回收的主要规则。

哪些内存需要回收？什么时候回收？如何回收？

对象已死吗

引用计数算法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值加1，失效计数器就减1。
弊端：它很难解决对象之间相互循环引用的问题

可达性分析算法

通过一系列的“GCRoots“的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GCRoots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。
GCRoots对象包括：

  • 虚拟机栈中引用的对象
  • 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
  • 本地方法中JNI引用的对象

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引用类型

  • 强引用（Object obj = new Object()）
  • 软引用（SoftReference类）
  • 弱引用（WeakReference类）
  • 虚引用（PhantomReference类）

标记对象死亡

第一次标记：进行可达性分析后发现没有GC Roots。
第二次标记：是否需要执行finalize()方法，需要则放F-Queue队列->Finalizer线程去执行（用try-finnaly替代finalizer()方法）。

回收方法区

  • 永久代回收内容
    • 废弃容量
    • 无用的类
  • 无用的类
    • 该类所有的实例都已经被回收
    • 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
  • 配置参数：-verbose: class -XX:+TraceClassLoading、-XX:+TraceClassUnLoading

垃圾收集算法

标记-清除算法

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复制算法示意图

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标记-整理算法

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分代收集算法

  • 新生代：复制算法
  • 老年代：标记-清理或者标记-整理

HotSpot的算法实现

  1. 枚举根节点
    一组称为OopMap的数据结构，在类加载完成时，HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型的数据计算出来，在JTI编译过程中，也会在特定的位置记录下栈和寄存器中哪些位置是引用。

  2. 安全点
    HotSpot没有为每条指令都生成OopMap，只是在特定的位置记录了这些信息，这些位置称为安全点。
    选定标准：是否具有让程序长时间执行（指令序列复用）的特征
    确保GC发生时所有线程都”跑“到最近的安全点上再停顿下来。
    存在问题：当程序”不执行“时，无法响应JVM的中断请求？

  3. 安全区域
    是指在一段代码片段之中，引用关系不会发生变化。
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垃圾收集器

收集算法是内存回收的方法论，垃圾收集器就是内存回收的具体实现。
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Serial收集器（单线程收集器）

最基本、发展历史最悠久的收集器。
优点：简单而高效。
缺点：停顿时间长。
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ParNew收集器（Serial多线程版本）

特征：

  • Serial收集器所有参数（收集算法、Stop The World等）
  • 除Serial收集器外，只有它能与CMS收集器配合工作
  • 新生代收集器
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Parallel Scavenge收集器

是一个新生收集器，它是使用复制算法的收集器，又是并行的多线程收集器。
目标：达到一个可控制的吞吐量（吞吐量=运行用户代码时间/运行时间+垃圾收集时间）
配置参数：-XX: MaxGCPauseMillis、-XX: GCTimeRatio

Serial Old收集器

Serial收集器的老年代版本，单线程和“标记-整理”算法。
作用：

  • JDK1.5以及之间版本与Parallel Scavenge收集器搭配使用
  • 作为CMS收集器的后备预案

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Parallel Old收集器（JDK1.6中才开始使用）

Parallel Scavenge收集器的老年代版本，多线程和“标记-整理”算法。
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CMS收集器

是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，标记-清除算法。
特征：重视服务的响应速度。
过程：

  • 初始标记（Stop The World）
  • 并发标记（Stop The World）
  • 重新标记
  • 并发清除
    优点：并发收集、低停顿
    缺点：
  • CMS收集器对CPU资源非常敏感
  • CMS收集器无法处理浮动垃圾，可能出现失败而导致另一次Full GC的产生
    • 浮动垃圾：并发清理阶段产生的新垃圾
  • 收集结束时会有大量空间碎片产生

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G1收集器（JDK7u4达到商用）

是当今收集器技术发展的最前沿成果之一，被视为JDK1.7虚拟机的一个重要进化，是面向服务端应用的垃圾收集器。
特征：

  • 并行与并发
  • 分代收集
  • 空间整合（标志-清理、标记-整理混用）
  • 可预测的停顿

区别：

  • 将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域
  • 可以有计划避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。
  • 把内存“化整为零”的思路

过程：

  • 初始标记
  • 并发标记
  • 最终标记
  • 筛选回收
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理解GC日志

  • [DefNew：Default New Generation，Serial收集器
  • [ParNew：Parallel New Generation，ParNew收集器
  • PSYoungGen：Parallel Scavenge收集器（老年代和永久代同理）

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垃圾收集器参数总结

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内存分配与回收策略

  • 对象优先在Eden分配
  • 大对象直接进入老年代
  • 长期存活的对象将进入老年代
  • 动态对象年龄判断
  • 空间分配担保

对象优先在Eden分配

  • Minor GC：新生代的垃圾收集动作
  • Major GC|Full GC：老年代GC（比Minor GC慢10倍以上）

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大对象直接进入老年代

需要大量连续内存空间的Java对象（很长的字符串及数组）。
配置参数：-XX:PretenureSizeThreshold
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长期存活的对象将进入老年代

内存回收根据对象年龄（Age）计数器来记录对象的年龄，默认15岁。
参数配置：-XX: MaxTenuringThreshold
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动态对象年龄判断

相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，直接进入老年代（不用等年龄到15）。
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空间分配担保

当老年代空间<新生代晋升空间，会根据配置参数HandlePromotionFailure来担保是否继续操作。
配置参数：HandlePromotionFailure