垃圾收集（Garbage Collection ，GC ）

前沿：

为什么我们还要去了解GC 和内存分配 Why: ---> 当需要排查内存溢出，内存泄漏问题，垃圾收集成为系统达到更高并发的瓶颈，我们就要对于自动化 的技术实施必要的监控。

GC算法分析（一） 如何判断对象已死

• 引用计数法（很可惜java 不是这种算法）
  • 这种算法判断就是对象有无引用问题

/**
 * testGC()方法执行后，objA和objB会不会被GC呢？ 
 * @author zzm
 */
public class ReferenceCountingGC {

    public Object instance = null;

    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    /**
     * 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便在能在GC日志中看清楚是否有回收过
     */
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];

    public static void testGC() {
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;

        objA = null;
        objB = null;

        // 假设在这行发生GC，objA和objB是否能被回收？
        System.gc();
    }
}


out: 
运行结果 发生GC  代表 两个对象被回收  说明jvm 不是采用这种算法

• 可达性分析算法

个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC
Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC
Roots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是从GC
Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。如图3-1所示，对象object 5、object 6、object
7虽然互相有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

mark

• 可以作为GCRoots 的对象包括下面几种
  • 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）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。
  • 本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

GC算法分析（二） 垃圾收集算法

• 标记-清除算法(Mark-Sweep)

  • 最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标注和清除。标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。如图：

mark

• 从上图可以看出 标记后会产生大量不连续的内存碎片，这样碎片太多之后需要分配大对象的时候无法找到足够的空间 导致再次GC 。
• 还有一个问题：标记和清除 的效率都不是很高。

• 复制算法

  • 为了解决Mark-Sweep算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉，如图：
  • 将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收

mark

- 缺点 空间浪费一般  空间 不够时 向 老年代申请空间（贷款）

• 标记-整理算法(Mark-Compact)

  • 为了避免缺陷而提出。标记阶段和Mark-Sweep算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。如图：

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• 分代收集算法(Generational Collection)

  • 一般情况下将GC堆划分为老生代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老生代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

  • 目前大部分JVM的GC对于新生代都采取Copying算法，因为新生代中每次垃
    圾回收都要回收大部分对象，即要复制的操作比较少，但通常并不是按照1：
    1来划分新生代。一般将新生代划分为一块较大的Eden空间和两个较小的Surv
    ivor空间(From Space,ToSpace)，每次使用Eden空间和其中的一块Survivor空间，当进行回收时，
    将该两块空间中还存活的对象复制到另一块Survivor空间中。

• 一般 finalize 在 对象进行中 可能会执行一次 一般对象只会进行一次执行finalize（） 方法 所以可以再finalize（）进行对象自救 但是由于 只会执行一次 第二次GC 来临就不执行了 有点类似标记算法 第一次标记可能会执行 flialize（）方法（为什么可能? 因为JVM 有个 F-Queue队列 他会触发这个执行但是不会保证这个执行结束 防止 某个进入死循环 卡死整个垃圾回收，当没有覆盖过finalize（）方法或者已经被调用过 JVM 也不会执行第二遍 ）

例子：

/**
 * 此代码演示了两点： 
 * 1.对象可以在被GC时自我拯救。 
 * 2.这种自救的机会只有一次，因为一个对象的finalize()方法最多只会被系统自动调用一次
 * @author zzm
 */
public class FinalizeEscapeGC {

    public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;

    public void isAlive() {
        System.out.println("yes, i am still alive :)");
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize mehtod executed!");
        FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
    }

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();

        //对象第一次成功拯救自己
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no, i am dead :(");
        }

        // 下面这段代码与上面的完全相同，但是这次自救却失败了
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();
        // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它
        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no, i am dead :(");
        }
    }
}

out:
finalize mehtod executed
yes, i am still alive :)
no, i am dead :(

• 经验：避免使用finalize()，操作不慎可能导致错误。优先级低，何时被调用， 不确定何时发生GC不确定可以使用try-catch-finally来替代它

典型的垃圾收集器

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• 根据不同代的特点，选取合适的收集算法
  • 少量对象存活，适合复制算法
  • 大量对象存活，适合标记清理或者标记压缩

Stop-The-World

• Java中一种全局暂停的现象
  • 全局停顿，所有Java代码停止，native代码可以执行，但不能和JVM交互
  • 多半由于GC引起
  • Dump线程
  • 死锁检查
  • 堆Dump
• GC时为什么会有全局停顿？
  • 类比在聚会时打扫房间，聚会时很乱，又有新的垃圾产生，房间永远打扫不干净，只有让大家停止活动了，才能将房间打扫干净。
  • 危害
    长时间服务停止，没有响应
    遇到HA系统，可能引起主备切换，严重危害生产环境。

其他知识点

• 大对象直接进入老年代
• 长期存活对象进入老年代（对象从 eden 区 到 survivor（幸存者区） 每次GC 如果躲过一次GC的话，其对象年龄便会加1，默认情况下，如果对象年龄达到15岁，就会移动到老年代中。）
• 空间担保 之前说过 因为新生代使用复制算法 （由于新生代很多都是朝生夕死的 百分之98 都是， 所有是这种算法 ，但是 如果 Minor GC 后 大量对象 还继续存活 需要进行老年代担保 借用空间 如果老年代不足够 就会 启动Full GC 让老年代 腾出空间）

参考

• 《深入理解JAAVA虚拟机》、
• Java虚拟机学习 - 垃圾收集器

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