深入理解java虚拟机 第三章 垃圾收集器与内存分配策略

可达性分析算法

　　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

　　当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，证明此对象不可用

　　可作为GC Roots的对象：

　　　　1 虚拟机栈中引用的对象

　　　　2 方法区中类静态属性引用的对象

　　　　3 方法区中常量引用的对象

　　　　4 本地方法栈中JNI(Native方法)引用的对象

 

引用分类：

　　1 强引用：在程序代码中普遍存在的，平时用的，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象

　　2 软引用：还有用但非必需的对象，在系统发生内存溢出异常前，将会把这些对象列进回收范围进行第二次回收

　　　　　　　用SoftReference类来实现软引用

　　3 弱引用：非必需对象，但强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前

　　　　　　　当垃圾收集器工作时，就会收掉被弱引用关联的对象，用WeakReference类来实现弱引用

　　4 虚引用：最弱的一种引用关系，完全不对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例

　　　　　　　唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知，用PhantomReference来实现

 

对象死亡：

　　两次标记过程：

　　　　1 对象在进行可达性分析后发现没有引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选       

　　　　　筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法，

　　　　　　当对象没有覆盖finalize()方法，或已经被调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”

　　　　　   有必要执行，那么这个对象将会放置在一个叫做F-Queue的队列中，

　　　　　　稍后一个虚拟机自动建立，低优先级的Finalizer线程去触发这个方法，但是不会等待它运行结束

　　　　　　finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会

　　　　2 稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象这时候还没有逃脱，那基本上就真被回收了

　　　　　　任何一个对象的finalize()方法只会被系统自动调用一次           

 

 

 

垃圾收集算法

　　标记-清除算法

　　　　最基础的收集算法，首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象

　　复制算法

　　　　它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块，当这一块用完了，将还存活的对象复制到另一块

　　　　然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样每次都对整个半区进行内存回收，也不用考虑内存碎片

　　　　但是代价是将内存缩小为原来的一半

　　　　现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，不过将内存分为较大的Eden和两块较小的Survivor，

　　　　每次使用Eden和一块Survivor，回收时一次复制到另一块Survivor上，默认比例8:1:1，

　　　　当Survivor空间不够用时，需要其他内存(这里指老年代)进行分配担保

　　　　如果Survivor没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代

　　　　在对象存活率较高时要进行较多的复制操作，效率将会变低

　　　　如果不想浪费50%的空间，就需要额外的空间进行分配担保，以应对所有对象都100%存活的情况

　　　　所以，老年代不能直接选用这种算法

　　标记-整理算法

　　　　标记过程与“标记-清除”算法一样，但是后续步骤是让所有存活的对象都向一端移动，最后直接清理掉端边界以外的内存

　　　　主要用在老年代上

　　分代收集算法

　　　　当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”算法，根据对象存活周期的不同将内存划分为几块

　　　　这样就可以根据各个年代的特点采用最合适的收集算法

　　　　　　

 

 

 

HotSpot的算法实现

　　枚举根节点

　　　　HotSpot的实现中，有一组称为OopMap的数据结构，在类加载完成时，HotSpot就把对象内什么偏移量上是什么类型

　　　　的数据计算出来，在JIT编译过程中，也会记下栈和寄存器中哪些位置是引用，这样GC在扫描时就知道这些信息了

　　安全点

　　　　HotSpot也没为每条指令都生成OopMap,只是在“特定的位置”记录了这些信息，这些位置称为安全点

　　　　即程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在到达安全点时才能暂停

　　　　Safepoint的选定即不能太少让GC等待时间太长，也不能过于频繁以致于过分增大运行时的负荷

　　　　安全点选定基本上是以“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定的

　　　　当GC需要中断线程的时候，不直接对线程操作，仅仅简单地设置一个标志，各个线程执行时主动轮询这个标志

　　　　发现中断标志为真时就自己中断挂起

　　安全区域

　　　　如果没有分配CPU时间，就会出问题，用安全区域来解决

　　　　安全区域是指在一段代码片段中，引用关系不会发生变化，在这个区域中的任何地方开始GC都是安全的

 

 

 

 

垃圾收集器

　　内存回收的具体实现

　　Serial收集器

　　　　单线程的收集器，必需暂停其他所有的工作线程，简单而高效

　　ParNew

 　　　　Serial收集器的多线程版本，在单CPu环境中绝对不会有比Serial更好的效果，随着CPU的增加，效能增加

　　Parallel Scavenge收集器

　　　　目标是达到一个可控制的吞吐量，吞吐量就是CPU运行用户代码的时间和CPU总消耗时间的比值

　　　　适合在后台运算而不需要太多交互的任务

　　Serial Old收集器

　　　　老年代的Serial收集器

　　Parallet Old收集器

　　　　老年代的Parallel Scavenge收集器

　　CMS收集器

　　　　以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，4个步骤

　　　　　　1 初始标记

　　　　　　2 并发标记

　　　　　　3 重新标记

　　　　　　4 并发清除

　　G1收集器

　　　　最前沿成果，面向服务端应用的垃圾收集器

　　　　1 并发与并行

　　　　　　充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势，来缩短Stop-The-World停顿的时间，

　　　　　　可以通过并发的方式让java程序继续执行

　　　　2 分代收集

　　　　　　分不同的方式去处理新创建的对象和已经存活了一段时间、熬过多次GC的旧对象

　　　　3 空间整合

　　　　　　从整体来看是基于“标记-整理”算法实现的收集器，从局部上来看是基于“复制”算法实现的

　　　　　　运行期间不会产生内存空间碎片，收集后能提供规整的可用内存

　　　　4 可预测的停顿

　　　　　　建立可预测的停顿时间模型

　　　　G1收集器将整个java堆划分为多个大小相等的独立区域，虽然还有新生代和老年代的概念，但不再是物理隔离的了

　　　　都是一部分region(不需要连续)的集合

　　　　G1收集器能建立可预测的停顿时间模型，是因为它可以有计划地避免在整个java堆中进行全区域的垃圾收集

　　　　G2跟踪各个Region里面垃圾堆的价值大小，在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的

　　　　运作步骤：

　　　　　　1 初始标记

　　　　　　2 并发标记

　　　　　　3 最终标记

　　　　　　4 筛选回收

                                                           

 

内存分配和回收策略

　　对象优先在Eden分配

　　　　大多数情况下，对象在新生代Eden区中分配，当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次GC

　　大对象直接进入老年代

　　　　大对象是指需要大量连续内存空间的java对象，典型的大对象是那种很长的字符串以及数组

　　长期存活的对象将进入老年代

　　　　虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器，如果对象在Eden出生并经过第一次Minor GC后仍然存活

　　　　并且能被Survivor容纳的话，将被移动到Survivor空间中，并且对象年龄为1

　　　　对象在Survivor区中每过一次Minor GC ,年龄就增加1岁，当它年龄增加到一定程度，就晋升老年代

　　动态对象年龄判定

　　　　为了更好地适应不同程序的内存状态，如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半

　　　　年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代

　　空间分配担保