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一、 技術(shù)背景你要了解吧

按照套路是要先裝裝X，談?wù)凧VM垃圾回收的前世今生的。說(shuō)起垃圾回收（GC），大部分人都把這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)做Java語(yǔ)言的伴生產(chǎn)物。事實(shí)上，GC的歷史比Java久遠(yuǎn)，早在1960年Lisp這門(mén)語(yǔ)言中就使用了內(nèi)存動(dòng)態(tài)分配和垃圾回收技術(shù)。設(shè)計(jì)和優(yōu)化C++這門(mén)語(yǔ)言的專(zhuān)家們要長(zhǎng)點(diǎn)心啦~~

二、 哪些內(nèi)存需要回收

猿們都知道JVM的內(nèi)存結(jié)構(gòu)包括五大區(qū)域：程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧、堆區(qū)、方法區(qū)。其中程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧3個(gè)區(qū)域隨線程而生、隨線程而滅，因此這幾個(gè)區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具備確定性，就不需要過(guò)多考慮回收的問(wèn)題，因?yàn)榉椒ńY(jié)束或者線程結(jié)束時(shí)，內(nèi)存自然就跟隨著回收了。而Java堆區(qū)和方法區(qū)則不一樣、不一樣!(怎么不一樣說(shuō)的朗朗上口)，這部分內(nèi)存的分配和回收是動(dòng)態(tài)的，正是垃圾收集器所需關(guān)注的部分。

垃圾收集器在對(duì)堆區(qū)和方法區(qū)進(jìn)行回收前，首先要確定這些區(qū)域的對(duì)象哪些可以被回收，哪些暫時(shí)還不能回收，這就要用到判斷對(duì)象是否存活的算法！（面試官肯定沒(méi)少問(wèn)你吧）

####2.1 引用計(jì)數(shù)算法

2.1.1 算法分析

引用計(jì)數(shù)是垃圾收集器中的早期策略。在這種方法中，堆中每個(gè)對(duì)象實(shí)例都有一個(gè)引用計(jì)數(shù)。當(dāng)一個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，就將該對(duì)象實(shí)例分配給一個(gè)變量，該變量計(jì)數(shù)設(shè)置為1。當(dāng)任何其它變量被賦值為這個(gè)對(duì)象的引用時(shí)，計(jì)數(shù)加1（a = b,則b引用的對(duì)象實(shí)例的計(jì)數(shù)器+1），但當(dāng)一個(gè)對(duì)象實(shí)例的某個(gè)引用超過(guò)了生命周期或者被設(shè)置為一個(gè)新值時(shí)，對(duì)象實(shí)例的引用計(jì)數(shù)器減1。任何引用計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象實(shí)例可以被當(dāng)作垃圾收集。當(dāng)一個(gè)對(duì)象實(shí)例被垃圾收集時(shí)，它引用的任何對(duì)象實(shí)例的引用計(jì)數(shù)器減1。

2.1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：引用計(jì)數(shù)收集器可以很快的執(zhí)行，交織在程序運(yùn)行中。對(duì)程序需要不被長(zhǎng)時(shí)間打斷的實(shí)時(shí)環(huán)境比較有利。
缺點(diǎn)：無(wú)法檢測(cè)出循環(huán)引用。如父對(duì)象有一個(gè)對(duì)子對(duì)象的引用，子對(duì)象反過(guò)來(lái)引用父對(duì)象。這樣，他們的引用計(jì)數(shù)永遠(yuǎn)不可能為0。

2.1.3 是不是很無(wú)趣，來(lái)段代碼壓壓驚

這段代碼是用來(lái)驗(yàn)證引用計(jì)數(shù)算法不能檢測(cè)出循環(huán)引用。最后面兩句將object1和object2賦值為null，也就是說(shuō)object1和object2指向的對(duì)象已經(jīng)不可能再被訪問(wèn)，但是由于它們互相引用對(duì)方，導(dǎo)致它們的引用計(jì)數(shù)器都不為0，那么垃圾收集器就永遠(yuǎn)不會(huì)回收它們。

2.2 可達(dá)性分析算法

可達(dá)性分析算法是從離散數(shù)學(xué)中的圖論引入的，程序把所有的引用關(guān)系看作一張圖，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)GC ROOT開(kāi)始，尋找對(duì)應(yīng)的引用節(jié)點(diǎn)，找到這個(gè)節(jié)點(diǎn)以后，繼續(xù)尋找這個(gè)節(jié)點(diǎn)的引用節(jié)點(diǎn)，當(dāng)所有的引用節(jié)點(diǎn)尋找完畢之后，剩余的節(jié)點(diǎn)則被認(rèn)為是沒(méi)有被引用到的節(jié)點(diǎn)，即無(wú)用的節(jié)點(diǎn)，無(wú)用的節(jié)點(diǎn)將會(huì)被判定為是可回收的對(duì)象。

在Java語(yǔ)言中，可作為GC Roots的對(duì)象包括下面幾種：

a) 虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象（棧幀中的本地變量表）；
b) 方法區(qū)中類(lèi)靜態(tài)屬性引用的對(duì)象；
c) 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象；
d) 本地方法棧中JNI（Native方法）引用的對(duì)象。

####2.3 Java中的引用你了解多少

無(wú)論是通過(guò)引用計(jì)數(shù)算法判斷對(duì)象的引用數(shù)量，還是通過(guò)可達(dá)性分析算法判斷對(duì)象的引用鏈?zhǔn)欠窨蛇_(dá)，判定對(duì)象是否存活都與“引用”有關(guān)。在Java語(yǔ)言中，將引用又分為強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用4種，這四種引用強(qiáng)度依次逐漸減弱。

強(qiáng)引用

在程序代碼中普遍存在的，類(lèi)似 Object obj = new Object() 這類(lèi)引用，只要強(qiáng)引用還存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)回收掉被引用的對(duì)象。

軟引用

用來(lái)描述一些還有用但并非必須的對(duì)象。對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)著的對(duì)象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，將會(huì)把這些對(duì)象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收。如果這次回收后還沒(méi)有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出內(nèi)存溢出異常。

弱引用

也是用來(lái)描述非必需對(duì)象的，但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生之前。當(dāng)垃圾收集器工作時(shí)，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。

虛引用

也叫幽靈引用或幻影引用（名字真會(huì)取，很魔幻的樣子），是最弱的一種引用關(guān)系。

一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響，也無(wú)法通過(guò)虛引用來(lái)取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例。它的作用是能在這個(gè)對(duì)象被收集器回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知。

不要被概念嚇到，也別擔(dān)心，還沒(méi)跑題，再深入，可就不好說(shuō)了。小編羅列這四個(gè)概念的目的是為了說(shuō)明，無(wú)論引用計(jì)數(shù)算法還是可達(dá)性分析算法都是基于強(qiáng)引用而言的。

2.4 對(duì)象死亡（被回收）前的最后一次掙扎

即使在可達(dá)性分析算法中不可達(dá)的對(duì)象，也并非是“非死不可”，這時(shí)候它們暫時(shí)處于“緩刑”階段，要真正宣告一個(gè)對(duì)象死亡，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過(guò)程。

第一次標(biāo)記：如果對(duì)象在進(jìn)行可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒(méi)有與GC Roots相連接的引用鏈，那它將會(huì)被第一次標(biāo)記；

第二次標(biāo)記：第一次標(biāo)記后接著會(huì)進(jìn)行一次篩選，篩選的條件是此對(duì)象是否有必要執(zhí)行finalize()方法。在finalize()方法中沒(méi)有重新與引用鏈建立關(guān)聯(lián)關(guān)系的，將被進(jìn)行第二次標(biāo)記。

第二次標(biāo)記成功的對(duì)象將真的會(huì)被回收，如果對(duì)象在finalize()方法中重新與引用鏈建立了關(guān)聯(lián)關(guān)系，那么將會(huì)逃離本次回收，繼續(xù)存活。猿們還跟的上吧，嘿嘿。

####2.5 方法區(qū)如何判斷是否需要回收

猿們，方法區(qū)存儲(chǔ)內(nèi)容是否需要回收的判斷可就不一樣咯。方法區(qū)主要回收的內(nèi)容有：廢棄常量和無(wú)用的類(lèi)。對(duì)于廢棄常量也可通過(guò)引用的可達(dá)性來(lái)判斷，但是對(duì)于無(wú)用的類(lèi)則需要同時(shí)滿(mǎn)足下面3個(gè)條件：

該類(lèi)所有的實(shí)例都已經(jīng)被回收，也就是Java堆中不存在該類(lèi)的任何實(shí)例；
載該類(lèi)的ClassLoader已經(jīng)被回收；
該類(lèi)對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有在任何地方被引用，無(wú)法在任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類(lèi)的方法。

關(guān)于類(lèi)加載的原理，也是阿里面試的主角，面試官也問(wèn)過(guò)我比如：能否自己定義String，答案是不行，因?yàn)閖vm在加載類(lèi)的時(shí)候會(huì)執(zhí)行雙親委派

三、常用的垃圾收集算法

標(biāo)記-清除算法采用從根集合（GC Roots）進(jìn)行掃描，對(duì)存活的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記完畢后，再掃描整個(gè)空間中未被標(biāo)記的對(duì)象，進(jìn)行回收，如下圖所示。標(biāo)記-清除算法不需要進(jìn)行對(duì)象的移動(dòng)，只需對(duì)不存活的對(duì)象進(jìn)行處理，在存活對(duì)象比較多的情況下極為高效，但由于標(biāo)記-清除算法直接回收不存活的對(duì)象，因此會(huì)造成內(nèi)存碎片。

####3.2 復(fù)制算法(Copying)

復(fù)制算法的提出是為了克服句柄的開(kāi)銷(xiāo)和解決內(nèi)存碎片的問(wèn)題。它開(kāi)始時(shí)把堆分成 一個(gè)對(duì)象 面和多個(gè)空閑面， 程序從對(duì)象面為對(duì)象分配空間，當(dāng)對(duì)象滿(mǎn)了，基于copying算法的垃圾 收集就從根集合（GC Roots）中掃描活動(dòng)對(duì)象，并將每個(gè) 活動(dòng)對(duì)象復(fù)制到空閑面(使得活動(dòng)對(duì)象所占的內(nèi)存之間沒(méi)有空閑洞)，這樣空閑面變成了對(duì)象面，原來(lái)的對(duì)象面變成了空閑面，程序會(huì)在新的對(duì)象面中分配內(nèi)存。

####3.3 標(biāo)記-整理算法(Mark-compact)

標(biāo)記-整理算法采用標(biāo)記-清除算法一樣的方式進(jìn)行對(duì)象的標(biāo)記，但在清除時(shí)不同，在回收不存活的對(duì)象占用的空間后，會(huì)將所有的存活對(duì)象往左端空閑空間移動(dòng)，并更新對(duì)應(yīng)的指針。標(biāo)記-整理算法是在標(biāo)記-清除算法的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了對(duì)象的移動(dòng)，因此成本更高，但是卻解決了內(nèi)存碎片的問(wèn)題。具體流程見(jiàn)下圖：

####3.4 分代收集算法

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根據(jù)對(duì)象存活的生命周期將內(nèi)存劃分為若干個(gè)不同的區(qū)域。一般情況下將堆區(qū)劃分為老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），在堆區(qū)之外還有一個(gè)代就是永久代（Permanet Generation）。老年代的特點(diǎn)是每次垃圾收集時(shí)只有少量對(duì)象需要被回收，而新生代的特點(diǎn)是每次垃圾回收時(shí)都有大量的對(duì)象需要被回收，那么就可以根據(jù)不同代的特點(diǎn)采取最適合的收集算法。

3.4.1 年輕代（Young Generation）的回收算法 (回收主要以Copying為主)

• a) 所有新生成的對(duì)象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標(biāo)就是盡可能快速的收集掉那些生命周期短的對(duì)象。
• b) 新生代內(nèi)存按照8:1:1的比例分為一個(gè)eden區(qū)和兩個(gè)survivor(survivor0,survivor1)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè) Survivor區(qū)(一般而言)。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。回收時(shí)先將eden區(qū)存活對(duì)象復(fù)制到一個(gè)survivor0區(qū)，然后清空eden區(qū)，當(dāng)這個(gè)survivor0區(qū)也存放滿(mǎn)了時(shí)，則將eden區(qū)和survivor0區(qū)存活對(duì)象復(fù)制到另一個(gè)survivor1區(qū)，然后清空eden和這個(gè)survivor0區(qū)，此時(shí)survivor0區(qū)是空的，然后將survivor0區(qū)和survivor1區(qū)交換，即保持survivor1區(qū)為空， 如此往復(fù)。
• c) 當(dāng)survivor1區(qū)不足以存放 eden和survivor0的存活對(duì)象時(shí)，就將存活對(duì)象直接存放到老年代。若是老年代也滿(mǎn)了就會(huì)觸發(fā)一次Full GC(Major GC)，也就是新生代、老年代都進(jìn)行回收。
• d) 新生代發(fā)生的GC也叫做Minor GC，MinorGC發(fā)生頻率比較高(不一定等Eden區(qū)滿(mǎn)了才觸發(fā))。

3.4.2 年老代（Old Generation）的回收算法（回收主要以Mark-Compact為主）

a) 在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象，就會(huì)被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象。
b) 內(nèi)存比新生代也大很多(大概比例是1:2)，當(dāng)老年代內(nèi)存滿(mǎn)時(shí)觸發(fā)Major GC即Full GC，F(xiàn)ull GC發(fā)生頻率比較低，老年代對(duì)象存活時(shí)間比較長(zhǎng)，存活率標(biāo)記高。

3.4.3 持久代（Permanent Generation）的回收算法

用于存放靜態(tài)文件，如Java類(lèi)、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒(méi)有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate 等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來(lái)存放這些運(yùn)行過(guò)程中新增的類(lèi)。持久代也稱(chēng)方法區(qū)，具體的回收可參見(jiàn)上文2.5節(jié)。

四、常見(jiàn)的垃圾收集器

下面一張圖是HotSpot虛擬機(jī)包含的所有收集器，圖是借用過(guò)來(lái)滴：

Serial收集器（復(fù)制算法)
新生代單線程收集器，標(biāo)記和清理都是單線程，優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單高效。是client級(jí)別默認(rèn)的GC方式，可以通過(guò)-XX:+UseSerialGC來(lái)強(qiáng)制指定。

Serial Old收集器(標(biāo)記-整理算法)
老年代單線程收集器，Serial收集器的老年代版本。

ParNew收集器(停止-復(fù)制算法)　
新生代收集器，可以認(rèn)為是Serial收集器的多線程版本,在多核CPU環(huán)境下有著比Serial更好的表現(xiàn)。

Parallel Scavenge收集器(停止-復(fù)制算法)
并行收集器，追求高吞吐量，高效利用CPU。吞吐量一般為99%， 吞吐量= 用戶(hù)線程時(shí)間/(用戶(hù)線程時(shí)間+GC線程時(shí)間)。適合后臺(tái)應(yīng)用等對(duì)交互相應(yīng)要求不高的場(chǎng)景。是server級(jí)別默認(rèn)采用的GC方式，可用-XX:+UseParallelGC來(lái)強(qiáng)制指定，用-XX:ParallelGCThreads=4來(lái)指定線程數(shù)。

Parallel Old收集器(停止-復(fù)制算法)
Parallel Scavenge收集器的老年代版本，并行收集器，吞吐量?jī)?yōu)先。

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（標(biāo)記-清理算法）
高并發(fā)、低停頓，追求最短GC回收停頓時(shí)間，cpu占用比較高，響應(yīng)時(shí)間快，停頓時(shí)間短，多核cpu 追求高響應(yīng)時(shí)間的選擇。

五、GC是什么時(shí)候觸發(fā)的（面試最常見(jiàn)的問(wèn)題之一）

由于對(duì)象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類(lèi)型：Scavenge GC和Full GC。

####5.1 Scavenge GC

一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Scavenge GC，對(duì)Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。這種方式的GC是對(duì)年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會(huì)影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱?duì)象都是從Eden區(qū)開(kāi)始的，同時(shí)Eden區(qū)不會(huì)分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會(huì)頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來(lái)。

####5.2 Full GC

對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因?yàn)樾枰獙?duì)整個(gè)堆進(jìn)行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對(duì)JVM調(diào)優(yōu)的過(guò)程中，很大一部分工作就是對(duì)于Full GC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：

a) 年老代（Tenured）被寫(xiě)滿(mǎn)；
b) 持久代（Perm）被寫(xiě)滿(mǎn)；
c) System.gc()被顯示調(diào)用；
d) 上一次GC之后Heap的各域分配策略動(dòng)態(tài)變化；

當(dāng)前文章：扒一扒JVM的垃圾回收機(jī)制，下次面試你準(zhǔn)備好了嗎
URL網(wǎng)址：http://www.chinadenli.net/article46/iijieg.html

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