学习笔记6——垃圾回收

学习笔记系列开头惯例发布一些寻亲消息

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java垃圾回收（stop the world）

  • 专注于堆和方法区的垃圾回收，年轻代，老年代，永久代
  • 判断对象是否还存活？（区分尸体）
    • 引用计数算法
      • 给每个对象保存一个整型的引用计数器类型，用于记录对象被引用的情况
      • 缺点就是无法处理循环引用的情况，导致内存泄漏
    • 可达性分析算法
      • 找到GC ROOT对象，从根节点开始扩展访问
  • finalization机制（死前挣扎机制）
    • 用于在对象被回收时进行资源释放，比如关闭文件，套接字和数据库连接等。
    • 由于finalize的存在，对象有三种状态
      • 可触及的：活着
      • 可复活的：finalize重写过并且还没有执行，因此有机会进行死亡逃脱
      • 不可触及的：直接打死

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  • 垃圾回收（三种算法清理尸体）

    • 复制算法（常用在新生代这种回收率较高的块上）：有一块是专门用来备用的，清除的时候将存活对象复制到备用上，然后清除当前使用的内存块，交换两个的块的角色
    • 标记-清除算法：挨个清理，容易产生内存碎片，维护一个空闲列表，是一种非移动式的回收算法
    • 标记-压缩清除：在标记清除的基础上加上了内存碎片的整理，而不是维护一个列表，因此是一种移动式的回收算法

  • 增量收集算法：（解决stop the world）

    每次垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间,接着切换到应用程序线程。依次反复,直到垃圾收集完成。使用这种方式，由于在垃圾回收过程中，间断性地还执行了应用程序代码，所以能减少系统的停顿时间。但是,因为线程切换和上下文转换的消耗,会使得垃圾回收的总体成本上升,造成系统吞吐量的下降。

  • 分代算法和分区算法：针对不同情况用不同的垃圾回收算法

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  • 内存溢出OOM和内存泄漏ML

  • stop the world,所有的GC都会有这种情况

  • GC的并发和并行

    • concurrent

      • 并发：多个事情在同一段时间内同时发生：用户线程和垃圾回收线程同时执行，不会停顿用户进程

    • STW

      • 并行：多个事情在用一个时间点上同时发生：多条垃圾回收并行，用户处于等待状态
      • 串行：相对于并行，单线程运行

  • 安全点: 数量需要适中，安全点实质上是一条指令(一般选择执行时间较长的指令作为安全点)

    • 抢先式中断：控制权在安全点，把所有线程挂起，没有运行到安全点的就恢复让运行到安全点
    • 主动式中断：线程运行到这里主动询问，主动挂起

  • 安全区：是扩展的安全点，在区域的任何位置GC都是安全的，安全区的对象引用关系不会变化

    • JVM会忽略标记进入到安全区的线程，线程还可以自主运行没有被停（因为其中的每句都是安全的）
    • 但等到线程出来的时候，就检查GC是否完成，完成了就可以走，没完成就得等着（要是进入了不安全区域，而且这个线程还没有被停住，就容易让JVM和改变后的引用关系发生冲突）

  • 引用（是有引用的可触及的对象，所以不会被判定为尸体，但是不一定有引用就会存活，也分情况）

    • 强引用（有用）

      • 只要引用关系存在，JVM宁愿OOM也不会回收对象
      • 是造成内存泄漏的原因之一
      • 强引用可以直接访问目标对象

    • 软引用（有用但是非必须）

      • 即将内存溢出时，回收这些软可达对象，回收后内存还是不够才抛出异常

    • weak弱引用(非必须)

      • 不管堆空间使用情况，下一次垃圾回收器工作一定会回收掉
      • GC的优先级很低，一般很久才能拿到线程，所以也能保有很久
      • 当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间，从而起到加速系统的作用。软引用、弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。

    • 虚引用：虚引用不会对对象的生存造成影响（如果只有虚引用，那么和没有引用是一样的）

      • 唯一作用就是对象回收时会收到一个系统通知，可以用来跟踪对象回收时间

    • 终结器引用（并不是一种对象还被别的对象需要的信号，而是将所有需要执行finalize的对象全都加进来

      • Finalizer线程通过终结器引用找到对象，并执行finalize方法

  • 垃圾回收器

    • 评价指标：吞吐量、暂停时间、占用内存

      • 个人理解：吞吐量是指用户的实际有效运行时间占比，暂停时间是用户需要等待GC的时间，这两者是相互冲突的。因为想要有效占比时间长，那么就需要GC不要那么频繁的发起回收，而是一次性高效回收完，回收时间较长，而暂停时间短，就需要每次GC的时间很短，但是发起次数比较频繁，导致程序吞吐量下降。

    • 不同垃圾回收器（年轻代和老年代的垃圾回收器进行组合）

      • 新生代：
        • serial：复制算法、串行回收、stop the world
        • ParNew：复制算法、并行回收、stop the world
        • parallel scavenge：复制算法、并行回收、stop the world、可控吞吐量(适用于不需要太多交互的场景)

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    • 老年代

      • serial old:标记-压缩算法、串行回收、stop the world
      • parallel old：标记-压缩算法，并行，stop the world
      • CMS: 标记-清除算法、并发、stop the world，必须采用空闲列表而不是指针碰撞（与parallel scavenge不符，只能换别的新生代回收器）由于CMS回收过程中，应该确保应用程序也有部分的内存，所以CMS不能等到老年代全部满了再进行收集，到一定阈值就应该收集。当预留内存不满足应用程序要求的时候，就会出现concurrent failure，虚拟机会临时启动serial old回收，停顿时间变长。
        • 初始标记STW：GC Root
        • 并发标记Concurrent：遍历对象图
        • 重新标记STW:修正并发标记期间的错误
        • 并发清除Concurrent：清除标记阶段死亡的对象，释放内存空间

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    • G1回收器：全能垃圾回收器

      • 将堆内存分为不同的region，尽量避免对整个堆全区域进行垃圾回收。
      • 跟踪每个区域的垃圾回收价值，维护一个优先列表，根据每次允许的收集时间优先回收价值最大的region
      • 并行与并发兼容：部分GC并行进行，部分工作可以与应用程序并发交替执行

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    • 流程

      • 年轻代回收过程:G1独占式并行运行，首先收集年轻代eden和survivor的内存回收片段，从年轻代移动存活对象到survivor或老年区间（最频繁使用的）

        • Rset避免全堆扫描root
        • 更新Rset（有的被老年代引用了）
        • 复制：将存活片段复制到survivor，空间不够就直接到old

      • 老年代并发标记过程：堆内存使用达到阈值（隔几天进行一次）

        • 初始标记阶段STW：标记根节点直接可达对象，触发Young GC
        • 根区域扫描（检查survivor直接可达老年代对象并标记）
        • 并发标记：计算区域的对象活性（存活比例）
        • 再次标记：修正并发标记的结果
        • 独占清理STW：计算存活对象和GC回收比例进行排序
        • 并发清理阶段

      • 老年代的混合回收：每次只扫描一小部分老年代的region，然后老年代和年轻代一起回收，为了避免堆内存被耗尽

      • Full GC：会产生大的停顿，尽量避免

    • Remember set

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