概述

Java和C++相比最大的好处就在于自动的进行垃圾回收，不需要程序员手动释放，这大大的方便了我们的开发，不过作为一个合格的Java程序开发人员， 我们还是有必要了解一下内存回收的一些知识

内存结构

JVM内存结构如上图所示，每一部分都有专门的用处

  • java虚拟机栈：java虚拟机栈是线程私有的，方法在执行的时候都会创建一个栈帧，主要用来方法调用过程中的一些变量，这些变量包括：局部变量表（各种基本类型和引用类型的指针），方法出口等信息

  • 本地方法栈：和java虚拟机栈的作用是相似的，只不过本地方法栈是用来为Native方法服务的

  • 程序计数器：程序计数器用来记录程序执行的行号，是为了确保线程切换之后能恢复到正确的位置继续执行，每一个线程都有一个独立的计数器（程序计数器是线程私有的）

  • 堆内存：用来存放对象实例，也是垃圾回收算法主要回收的一块地方

  • 方法区：非堆，主要用来存放类信息、常量、静态变量（类级别的变量）等数据

    对象存活的判定

    引用计数算法

    引用技术算法是通过在给对象添加一个引用计数器，对象被引用一次就将该计数值加1，当对象的引用值为0的时候，就可以确定该对象可以回收了，这种 算法有个缺点：循环引用。 如上图所示，假设Obj A和Obj B都可以被回收的情况下，A、B相互引用，那么这两个对象都不会被回收掉。 不过引用计数法还是有一些使用场景的，它的优点就是实现简单，只是在JVM中我们没有采用这种方式来对对象存活进行判定。

    可达性分析算法

    可达性分析算法是通过一系列的GC Root的对象作为起点，判断这些GC Root对象到堆内存中的对象是否可达，如果不可达，说明对象可以被回收了，反之，对象还存活着。 值得一说的是，这些GC Root对象的选取是有条件的，必然不能是堆内存中的对象作为GC Root（试想一下，如果GC Root可以是堆内存中的对象的话，那么可达性分析算法 和上面的引用计数法就没有区别了），可以作为GC Root的对象如下：

  • 栈（包括java虚拟机栈和本地方法栈）中的局部变量

  • 方法区中的类变量、静态常量

    垃圾收集的算法

    标记清除

    标记清除会将需要回收的对象进行标记，在标记完之后触发垃圾回收操作，这种垃圾回收算法会产生以下问题：

  • 空间问题：会有很多内存碎片

  • 效率问题：当产生很多内存碎片之后，再次给对象分配内存的时候，可能会需要寻找很久才可以找到合适的空间

    复制算法

    复制算法是将内存划分为大小相等的两块，每次分配对象的时候都会将存活的对象移动到另外一块内存中，这样原来的内存空间就可以全部回收了，不过 这种回收算法有着明显的缺陷，那就是内存的使用率不高，每次都只使用了50%

标记整理

标记整理分为两个阶段，标记阶段会讲存活的对象进行标记，整理阶段会将存活的对象向内存的一端移动，然后将边界之外的内存全部回收掉

分代回收

当前主要的垃圾回收都采用分代回收的策略：将内存划分为新生代和老年代，并针对不同的内存采用不同的回收算法：

  • 新生代：新生代一般存放生命周期比较短的对象。在新生代，每次垃圾回收都会有大量的对象被回收掉，因此采用复制的算法可以大大的节约内存的浪费，将新生代的内存划分为两个surviver区和一个Eden区，每次回收都会将from surviver 和Eden区中存活的对象移动到另外一个surviver中，由于存活的对象surviver可能无法全部回收，因此在垃圾回收的时候会使用老年代进行担保。该过程我们称为minor GC
  • 老年代：老年代一般存放生命周期比较长的对象。由于老年代没有额外的担保，因此在垃圾回收的时候采用的是标记整理的算法。该过程我们称为full GC

无论是新生代还是老年代的垃圾回收都会stop the world，也就是minor、full GC被触发的话都会jvm都会停下来，直至gc完成之后才会再次触发gc。不过minor GC一般会比full GC快很多。

垃圾回收器

上面讨论的是垃圾回收的策略，不过针对不同的情况我们需要选择不同的垃圾回收器。常见的垃圾回收器有：

  • serial collector（单线程回收器）：这种是单线程的垃圾回收器，缺点也很明显，那就是耗时会比较久，一般在本地调试的时候使用
  • parallel collector（多线程回收器）：这种回收器相较于单线程回收器，多线程回收器会加快垃圾回收的速度，这里的代表室throughput collector，这里是并行垃圾回收器（不是并发）
    • 并发垃圾回收器，区别于并行垃圾回收器，并发垃圾回收器只会在整理对象的时候才会stw，在删除对象的时候并不会stw，这里面比较有代表性的是CMS 垃圾回收器、G1垃圾回收器（jdk11默认的垃圾回收器），并发垃圾回收会消耗大量cpu时间。CMS的缺点是老年代的垃圾回收会引入很多碎片，G1对垃圾回收的策略是将每一个generation细分为region，每次针对一个个的region进行垃圾回收，这样可以大大的改善gc的时间，进而提升系统的可用性

GC的触发条件

  • 空间不足的时候
  • System.gc()方法调用的时候，不建议使用
  • 空间分配担保失败的时候

– 附：通常我们可以使用printGcdetails、jstat来获取jvm内存视图，将其dump到磁盘生成文件之后，通过EMA的工具来进行问题的定位及分析。