【实战JVM】-基础篇-04-自动垃圾回收

【实战JVM】-基础篇-04-自动垃圾回收

  • 自动垃圾回收
  • 1 多语言内存管理
    • 1.1 C/C++的内存管理
    • 1.2 Java的内存管理
    • 1.3 自动与手动对比
    • 1.4 应用场景
  • 2 方法区的回收
    • 2.1 回收条件
  • 3 堆回收
    • 3.1 判断是否被引用
      • 3.1.1 引用计数法
      • 3.1.2 可达性分析算法
        • 3.1.2.1 GC Root
        • 3.1.2.2 监视GC Root
        • 3.1.2.3 总结
    • 3.2 五种对象引用
      • 3.2.1 软引用
        • 3.2.1.1 软引用使用
        • 3.2.1.2 软引用回收
        • 3.2.1.3 软引用使用场景-缓存
      • 3.2.2 弱引用
      • 3.2.4 虚引用和终结器引用
    • 3.3 垃圾回收算法
      • 3.3.1 垃圾回收算法标准
      • 3.3.2 标记清除算法
      • 3.3.3 复制算法
      • 3.3.4 标记整理算法
      • 3.3.5 分代GC
        • 3.3.5.1 分代垃圾回收算法
    • 3.4 垃圾回收器
      • 3.4.1 Serial-Serial Old
      • 3.4.2 ParNew-CMS
      • 3.4.3 Parallel Scavenge-Parallel Old
      • 3.4.4 G1
        • 3.4.4.1 内存结构
        • 3.4.4.2 回收策略
        • 3.4.4.3 使用G1
      • 3.4.5 选择组合策略

自动垃圾回收

1 多语言内存管理

1.1 C/C++的内存管理

在这里插入图片描述

1.2 Java的内存管理

在这里插入图片描述

1.3 自动与手动对比

在这里插入图片描述

1.4 应用场景

在这里插入图片描述

2 方法区的回收

在这里插入图片描述

2.1 回收条件

在这里插入图片描述

3 堆回收

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

3.1 判断是否被引用

3.1.1 引用计数法

在这里插入图片描述

C++智能指针就采用引用计数法，但是存在缺点：

  • 每次引用和取消引用都需要维护计数器，对系统性能会有一定的影响。
  • 存在循环引用问题，所谓循环引用就是当A引用B，B同时引用A时会出现对象无法回收的问题。

在这里插入图片描述

查看垃圾回收信息，采用-verbose:gc参数，但是java并没有采用引用计数法。使用的是可达性分析算法。

3.1.2 可达性分析算法

在这里插入图片描述

注：GC Root对象不可被回收

3.1.2.1 GC Root

在这里插入图片描述

  1. 线程Thread对象

    包括主线程，子线程等等。

  2. java.lang.Class对象

    系统类加载器加载的java.lang.*中的Class对象，其中包括sun.misc.Launcher类，再由sun.misc.Launcher类加载扩展类和应用程序类加载器。
    在这里插入图片描述

  3. 监视器对象

    在这里插入图片描述

3.1.2.2 监视GC Root
public class ReferenceCounting {private static A a2=null;public static void main(String[] args) throws IOException {A a1=new A();B b1=new B();a1.b=b1;b1.a=a1;a2=a1;System.in.read();}
}
class B {public A a;
}
class A {public B b;
}

启动arthas

java -Dfile.encoding=UTF-8 -jar arthas-boot.jar

进入ReferenceCounting，对内存进行快照

heapdump "D:\File\StudyJavaFile\JavaStudy\JVM\low\day03\resource\test2.hprof"

先把环境变量的jdk设为17再启动memoryanalyzer

在这里插入图片描述

打开刚刚的内存快照，canel取消引导

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

选择GC Root

在这里插入图片描述

可以看到成员变量实际在堆中存放的是直接引用

在这里插入图片描述

所有的局部变量和成员变量已经看过了，我们来找静态变量a2

private static A a2=null;
public static void main(String[] args) throws IOException {A a1=new A();B b1=new B();a1.b=b1;b1.a=a1;a2=a1;System.in.read();}

静态变量通过应用程序加载器加载到堆中，A类应该还有个应用程序类的加载器的GCroot指向A，我们通过path to gcroot来找引用

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

我们可以看到有三个引用，亦可以看到应用程序加载器的父类都有哪些。

在这里插入图片描述

3.1.2.3 总结

在这里插入图片描述

3.2 五种对象引用

在这里插入图片描述

3.2.1 软引用

在这里插入图片描述

使用软引用必须创建两个对象：

  1. 软引用自身SoftReference对象
  2. 在软引用自身SoftReference对象中创建第二个对象A，才是程序真正使用的对象

在这里插入图片描述

3.2.1.1 软引用使用
public class SoftReferenceDemo2 {public static void main(String[] args) throws IOException {byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 100];SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<byte[]>(bytes);bytes = null;System.out.println(softReference.get());byte[] bytes2 = new byte[1024 * 1024 * 100];System.out.println(softReference.get());

//        byte[] bytes3 = new byte[1024 * 1024 * 100];
//        softReference = null;
        System.gc();

        System.in.read();}
}

设置最大堆内存-Xmx200m，启动，总共200M实际能用不到200M，自然第一个放进去第二个放不进去，然后软引用就被释放回收了，打印null

[B@7ba4f24f
null

设置最大堆内存-Xmx400m，都能发进去，并且指向同一个软引用空间

[B@7ba4f24f
[B@7ba4f24f

修改回200m，添加

byte[] bytes3 = new byte[1024 * 1024 * 100];

已经把软引用释放了，就不能添加了，自然报outofmemory

[B@7ba4f24f
null
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceat chapter04.soft.SoftReferenceDemo2.main(SoftReferenceDemo2.java:20)
3.2.1.2 软引用回收

在这里插入图片描述

public class SoftReferenceDemo3 {public static void main(String[] args) throws IOException {ArrayList<SoftReference> softReferences = new ArrayList<>();ReferenceQueue<byte[]> queues = new ReferenceQueue<byte[]>();for (int i = 0; i < 10; i++) {byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 100];SoftReference studentRef = new SoftReference<byte[]>(bytes,queues);softReferences.add(studentRef);}SoftReference<byte[]> ref = null;int count = 0;while ((ref = (SoftReference<byte[]>) queues.poll()) != null) {count++;}System.out.println(count);}
}

设置堆内存200M，只够存一个，后一个盒子把前一个盒子覆盖了，并且把前一个盒子放进queue中。所以最后一个存在，没有被回收，因此输出9

3.2.1.3 软引用使用场景-缓存

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

通过在软引用对象中添加一个属性 _key来方便后面的清理HashMap，如果内存不足，软引用自动清除，然后再根据引用队列中queue中存在的软引用对象，再通过软引用的属性 _key来清理HashMap完成闭环的清理缓存的操作。

public class StudentCache {private static StudentCache cache = new StudentCache();public static void main(String[] args) {for (int i = 0; ; i++) {StudentCache.getInstance().cacheStudent(new Student(i, String.valueOf(i)));}}private Map<Integer, StudentRef> StudentRefs;// 用于Cache内容的存储private ReferenceQueue<Student> q;// 垃圾Reference的队列// 继承SoftReference，使得每一个实例都具有可识别的标识。// 并且该标识与其在HashMap内的key相同。private class StudentRef extends SoftReference<Student> {private Integer _key = null;public StudentRef(Student em, ReferenceQueue<Student> q) {super(em, q);_key = em.getId();}}// 构建一个缓存器实例private StudentCache() {StudentRefs = new HashMap<Integer, StudentRef>();q = new ReferenceQueue<Student>();}// 取得缓存器实例public static StudentCache getInstance() {return cache;}// 以软引用的方式对一个Student对象的实例进行引用并保存该引用private void cacheStudent(Student em) {cleanCache();// 清除垃圾引用StudentRef ref = new StudentRef(em, q);StudentRefs.put(em.getId(), ref);System.out.println(StudentRefs.size());}// 依据所指定的ID号，重新获取相应Student对象的实例public Student getStudent(Integer id) {Student em = null;
// 缓存中是否有该Student实例的软引用，如果有，从软引用中取得。if (StudentRefs.containsKey(id)) {StudentRef ref = StudentRefs.get(id);em = ref.get();}
// 如果没有软引用，或者从软引用中得到的实例是null，重新构建一个实例，
// 并保存对这个新建实例的软引用if (em == null) {em = new Student(id, String.valueOf(id));System.out.println("Retrieve From StudentInfoCenter. ID=" + id);this.cacheStudent(em);}return em;}// 清除那些所软引用的Student对象已经被回收的StudentRef对象private void cleanCache() {StudentRef ref = null;while ((ref = (StudentRef) q.poll()) != null) {StudentRefs.remove(ref._key);}}//    // 清除Cache内的全部内容
//    public void clearCache() {
//        cleanCache();
//        StudentRefs.clear();
//        //System.gc();
//        //System.runFinalization();
//    }
}class Student {int id;String name;public Student(int id, String name) {this.id = id;this.name = name;}public int getId() {return id;}public void setId(int id) {this.id = id;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) {this.name = name;}
}

3.2.2 弱引用

在这里插入图片描述

public class WeakReferenceDemo2 {public static void main(String[] args) throws IOException {byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 100];WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<byte[]>(bytes);bytes = null;System.out.println(weakReference.get());System.gc();System.out.println(weakReference.get());}
}

打印，不管有没有数据，全部回收

[B@7ba4f24f
null

3.2.4 虚引用和终结器引用

在这里插入图片描述

3.3 垃圾回收算法

在这里插入图片描述

释放不再存活对象的内存，使得程序能再次利用这部分空间。

3.3.1 垃圾回收算法标准

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  • 最大吞吐量
  • 最大暂停时间
  • 堆使用效率

3.3.2 标记清除算法

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  • 优点：实现简单，只需要在一阶段给每个对象维护一个标志位，第二阶段删除对象即可。
  • 缺点：碎片化问题（外部碎片），分配速度慢（扫描空闲链表，速度慢）

3.3.3 复制算法

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3.3.4 标记整理算法

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3.3.5 分代GC

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在jdk8中，添加-XX:+UserSerialGC参数使用分代回收的垃圾回收器，运行程序

在arthas中使用memory命令查看内存，显示三个区域内存情况。

在这里插入图片描述

public class GcDemo0 {public static void main(String[] args) throws IOException {List<Object> list = new ArrayList<>();int count = 0;while (true){System.in.read();System.out.println(++count);//每次添加1m的数据list.add(new byte[1024 * 1024 * 1]);}}
}

添加参数 -XX:+UseSerialGC -Xms60m -Xmn20m -Xmx60m -XX:SurvivorRatio=3 -XX:+PrintGCDetails

应当是总共60M，老年代40M，新生代20M，新生代中，伊甸园12M，S0，S1各4M，满足SurvivorRatio=3的3：1：1

在这里插入图片描述

3.3.5.1 分代垃圾回收算法

在这里插入图片描述

在复制算法中，S0和S1会发生互换，第一次MinorGC全放到To中，然后To和From交换名字。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

FullGC对新生代和老年代一起回收

3.4 垃圾回收器

在这里插入图片描述

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3.4.1 Serial-Serial Old

新生代采用复制算法，老年代采用标记整理算法

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3.4.2 ParNew-CMS

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3.4.3 Parallel Scavenge-Parallel Old

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3.4.4 G1

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3.4.4.1 内存结构

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3.4.4.2 回收策略

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年轻代选择的复制算法

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3.4.4.3 使用G1

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3.4.5 选择组合策略

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