[JVM垃圾回收3]垃圾回收相关概念
System.gc()的理解
- 在默认情况下，通过System.gc()或Runtime.getRuntime().gc()的调用，会显示触发FullGC，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。
- 然而System.gc()调用附带一个免责声明，无法保证对垃圾收集器的调用。
- JVM实现者可以通过System.gc()显示来决定JVM的GC行为。而一般情况下，垃圾收集应该是自动进行的，无需手动触发，否则就太过麻烦。在一些特殊情况下，比如编写一个性能基准，可在运行前调用System.gc()。
public class SystemGCTest { public static void main(String[] args) { new SystemGCTest(); System.gc();//提醒JVM的垃圾回收器执行GC，但不确定马上执行。 //与 Runtime.getRuntime().gc()的作用一致。 //System.runFinalization();//强制调用引用对象的finalize()方法 } @Override protected void finalize() throws Throwable { super.finalize(); System.out.println("SystemGCTest 重写了 finalize()"); } }
LocalVarGC实例代码：
public class LocalVarGC { public void localVarGC1() { byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024]; System.gc(); } public void localVarGC2() { byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024]; buffer = null; System.gc(); } public void localVarGC3() { { byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024]; } System.gc(); } //并没有回收 //为了尽可能节省栈帧空间，局部变量表的slot是可以复用的 //推荐编码规则：把不使用的对象手动置为null public void localVarGC4() { { byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024]; } int value = 10; System.gc(); } public void localVarGC5() { localVarGC1();//回收 System.gc(); } public static void main(String[] args) { LocalVarGC local = new LocalVarGC(); local.localVarGC4(); } }
内存溢出与内存泄漏
内存溢出(OOM)
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内存溢出相对于内存泄漏来说，更容易被理解，但是同样的，内存溢出也是引发程序崩溃的罪魁祸首之一。
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由于GC一直在发展，所以一般情况下，除非应用程序占用的内存增长速度非常快，造成垃圾收集器跟不上内存消耗的速度，否则不太容易出现OOM的情况。
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大多数情况下，GC会进行各种年龄段的垃圾回收，实在不行就放大招来一次独占式的Full GC操作，这时候会回收大量内存，供应用程序继续使用。
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javadoc中对OutOfMemoryError的解释是。没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多内存
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内有空闲内存的情况，说明Java虚拟机内的堆内存不够，原因有二：
- Java虚拟机堆内存设置不够。
比如：可能存在内存泄漏问题，也很有可能就是堆内存大小设置不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显示指定JVM堆大小或者指定数值偏小。可以通过 -Xms -Xmx来调整。 - 代码中创建了大量对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在并引用）
对于老版本的Oracle JDK，因为永久代大小有限，并且JVM堆永久代回收(如常量池回收，卸载不需要的类型)非常不积极，所以不断添加新类型时，永久代出现OutOfMemoryError也非常多，尤其是运行时存在大量动态类型生成的场合；类似intern字符串缓存占用太多空间也会导致OOM问题，对应的异常信息。会标记出和永久代相关：“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”
随着元数据区的引入，方法区内存已经不那么窘迫，所以相应的OOM有所改观，出现OOM，异常信息变成了“java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace"。直接内存不足，也会导致OOM。
- Java虚拟机堆内存设置不够。
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隐含一层意思是：在抛出OOM之前，通常垃圾收集器会被触发，尽可能去清理出空间。
- 例如：在引用机制分析中，涉及到JVM回去尝试回收软引用指向的对象等。
- 在java.noi.BIts.reserveMemory()方法中，可以清楚看到system.gc()会被调用，以清理空间。
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当然，也不是任何情况下垃圾收集器都会触发
- 比如，去分配一个超大对象，类似一个超大数组超过堆的最大值，JVM可以判断垃圾收集器不能解决这个问题，直接OOM。
内存泄漏(Memory Leak)
也称作“存储渗漏”。严格来说，只有对象不再被程序用到了，但是GC又不能够回收它们的情况，才叫内存泄漏。
但实际情况很多时候一些不太好实践(或疏忽)会导致对象生命周期变得很长甚至导致OOM，也可以叫做宽泛意义上的“内存泄漏”。
尽管内存泄漏并不会立刻引起程序崩溃，但是一旦发生内存泄漏，程序中的可用内存就会被逐步蚕食，直到耗尽内存，最终出现OOM异常，导致程序崩溃。
注意，这里的存储空间并不是指物理内存，而是虚拟机内存大小，这个虚拟内存大小取决于磁盘交换区设定的大小。
举例：
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单例模式
单例的生命周期和应用程序是一样长的，所以单例程序中，如果持有对外部对象的引用的话，那么这个外部对象是不能被回收的，则会导致内存泄漏的产生。 -
一些提供close的资源未关闭导致内存泄漏
数据库连接（dataSource。getConnection()），网络连接Socket和io连接必须手动close，否则不能被回收。
注意：循环引用内存泄漏例子不使用与Java，因为Java使用可达分析算法。
Stop The World
- Stop-The-World，简称STW，指的是GC事件发生过程中，会产生应用程序的停顿。停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死状态，这个停顿称为STW。
- 可达性分析算法中枚举根节点(GC Roots)会导致所有Java执行线程停顿。
->分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行
->一致性指整个分析期间整个执行系统看起来都像被冻结在某个时间点上
->如果出现分析过程中对象引用关系还在不断变化，则分析结果的准确性无法保证
- 可达性分析算法中枚举根节点(GC Roots)会导致所有Java执行线程停顿。
- 被STW中断的应用线程会在完成GC之后恢复，频繁中断会让用户感觉像是网速不快造成电影卡带一样，所以需要减少STW的发生。
- STW事件和采用哪种GC无关，所有的GC都有这个事件。
- 哪怕是G1也不能完全避免STW情况发生，只能说垃圾回收器越来越优秀，回收效率越来越高，尽可能缩短了暂停时间。
- STW是JVM在后台自动发起和自动完成的。在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉。
- 开发中不要用System.gc()，会导致STW的发生。
垃圾回收的并行与并发
并发
- 在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理器上运行。
- 并发并不是真正意义上的“同时进行”，只是CPU把一个时间段划分成几时间片段(时间区间)，然后在这几个时间区间之间来回切换，由于CPU处理速度非常快，只要时间间隔处理得当，即可让用户感觉是多个应用程序同时进行。
并行
- 当系统有一个以上CPU时，当一个CPU执行一个进程时，另一个CPU可以执行另一个进程，两个进程互不抢占CPU资源，可以用时进行，称之为并行(Parallel)。
- 决定并行的因素并不是CPU的数量，而是核心的数量。
- 适合科学计算，后台处理等弱交互场景。
垃圾回收的并行与并发
- 并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍处于等待状态。
- 如ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old
- 串行（Serial）
- 相较于并行的概念，单线程执行。
- 如果内存不够，则程序暂停，启动JVM垃圾回收器进行垃圾回收。回收完，再启动程序的线程。
- 并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但并不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾回收线程在执行时不会停顿用户程序的运行。
- 用户程序在继续运行，而垃圾收集程序线程运行于另一个CPU上。
- 如：CMS、G1
安全点与安全区域
程序在执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为“安全点(Safepoint)”。
Safe Point的选择很重要，如果太少可能导致GC等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。 大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据 “是否具有让程序长时间执行的特征” 为标准。比如：选择一些执行时间较长的指令作为SafePoint，如方法调用、循环跳转和异常跳转等。
再谈引用
在Jdk1.2版之后，Java堆引用概念进行了扩充，降引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Week Reference）和虚引用（Phantom Reference）4种。这4种引用强度依次逐渐减弱。
Reference子类中只有终结器引用是包内可见的，其他3种引用类型均为public，可以在应用程序中直接使用。
- 强引用（StrongReference）：最传统的“引用”的定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似“Object obj=new Object()”这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收被引用的对象。
- 软引用（SotfReference）：在系统将要发生溢出之前，将会把这些对象列入回收范围之中进行二次回收。如果这次回收之后还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
- 弱引用（WeekReference）：被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集之前。当垃圾收集器工作时，无论内存空间是否足够，都会回收掉被弱引用关联的对象。
- 虚引用（PhantomReference）：一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来获得一个对象的实例。为一个对象设置虚引用的关联的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。
强引用
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在Java程序中，最常见的引用类型就是强引用（普通系统99%以上都是强引用），也就是最常见的普通引用，也是默认的引用类型。
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在Java语言中使用new操作符创建一个新的对象，并将其赋值给一个变量的时候，这个变量就成为指向该对象的一个强引用。
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强引用的对象是可触及的，垃圾收集器就永远不会回收被引用的对象。
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对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显示地将引用赋值为null，就是可以当做垃圾被收集了，当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。
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相对的，软引用、弱引用和虚引用的对象是软可触及、弱可触及和虚可触及的，在一定条件下，都可以被回收。所以，强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。
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强引用具备以下特点：
- 强引用可以直接访问目标对象
- 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收，虚拟机宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向的对象
- 强引用可能导致内存泄漏
软引用
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软引用是用来描述一些还有用，但非必需的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
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软引用通常用来实现内存敏感的缓存。比如：高速缓存就有用到软引用。如果内存还有空闲，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。
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垃圾回收器在某个时刻决定回收软可达的对象的时候，会清理软引用，并可选地吧引用存放到一个引用队列（Reference Queue）。
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类似弱引用，只不过Java虚拟机会尽量让软引用存活时间长一些，迫不得已才清理。
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总结：
- 当内存足够：不会回收软引用的可达对象
- 当内存不够：会回收软引用的可达对象
Object obj = new Object();//声明强引用 SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj); obj = null;//销毁强引用
软引用测试代码：
public class SoftReferenceTest { public static class User { private String id; private String name; public User(String id, String name) { this.id = id; this.name = name; } @Override public String toString() { return "User{" + "id='" + id + '\'' + ", name='" + name + '\'' + '}'; } } //-Xms=10m -Xmx=10m public static void main(String[] args) { //创建对象，建立软引用 //SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(new User("1", "jack")); User u1 = new User("1", "Jack"); SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(u1); u1 = null;//取消强引用 //从软引用中重新获取强引用对象 System.out.println(userSoftRef.get());//由于堆空间内存足够，不会回收软引用。 System.gc(); try { //让系统认为内存紧张 byte[] b = new byte[1024 * 1024 * 7]; } catch (Throwable throwable) { throwable.printStackTrace(); } finally { //再次从软引用获得数据 System.out.println(userSoftRef.get());//在OOM之前，垃圾回收器会回收软引用的可达对象 } } }
弱引用（Week Reference）—发现即回收
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弱引用也是用来描述那些非必须对象，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。在系统GC时，只要发现弱引用，不管系统堆内存空间是否充足，都会回收掉被弱引用关联的对象。
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但是，由于垃圾收集器的线程通常优先级很低，因此，并不一定很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长的时间。
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弱引用和软引用一样，在构造弱引用时，也可以指定一个引用队列，当弱引用对象被回收时，就会加入指定的引用队列，通过这个队列可以跟踪对象的回收情况。
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弱引用，弱引用都非常适合保存那些可有可无的缓存数据。如果这么做，当系统内存不足时，这些缓存数据就会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间，从而起到加速系统作用。
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弱引用对象与软引用对象最大的不同就在于，当GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收软引用对象，而对于弱引用对象，GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收。
问题：WeekHashMap的使用?
虚引用（Phantom Reference）—对象回收跟踪
- 也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，是所有引用类型最弱的一个。
- 一个对象是否有虚引用存在，完全不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它和没有引用是一样的，随时都可能被垃圾收集器回收。
- 它不能单独使用，也无法通过虚引用获得被引用的对象。当试图通过虚引用的get()方法获取对象时，总是null
- 为一个对象设置虚引用关联的唯一目的在于跟踪垃圾回收过程。比如：能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。
- 虚引用必须和引用队列一起使用。虚引用在创建时必须提供一个引用队列作为参数。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象后，将这个虚引用加入引用队列，以通知应用程序对象的回收情况。
- 由于虚引用可以跟踪对象回收的时间，因此，可以将一些资源释放操作放置在虚引用中执行和记录。
- 在JDK1.2版本之后提供了PhantomReference类来实现虚引用。
终结器引用（Final Reference）
- 它用以实现对象的finalize()方法，也可以成为终结器引用
- 无需手动编码，其内部配合引用队列使用
- 在GC时，终结器引用入队。由Finalizer线程通过终结器引用找到被引用的对象并调用finalize()方法，第二次GC时才能回收被引用的对象。
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