29、【对线面试官】垃圾回收机制
聊聊Java的垃圾回收机制?
- 我们使用Java的时候，会创建很多对象，但我们未曾「手动」将这些对象进行清除,而如果用C++语言的时候，用完是需要自己free（释放）掉的
- 写Java的时候不用自己手动释放”垃圾"呢？原因很简单，JVM帮我们做了（自动回收垃圾）
- 垃圾的定义：只要对象不再被使用了，那我们就认为该对象就是垃圾，对象所占用的空间就可以被回收·
是怎么判断对象不再被使用的呢？
常用的算法有两个「引用计数法」和「可达性分析法」
引用计数法思路很简单：当对象被引用则+1，但对象引用失败则-1。当计数器为0时，说明对象不再被引用，可以被可回收
缺点就是：如果对象存在循环依赖，那就无法定位该对象，是否应该被回收（A依赖B，B依赖A）
是可达性分析法：它从「GC Roots」开始向下搜索，当对象到「GC Roots」都没有任何引用相连时，说明对象是不可用的，可以被回收
「 GC Roots」是一组必须「活跃」的引用
从「 GC Root」出发，程序通过直接引用或者间接引用，能够找到可能正在被使用的对象
- 比如：JVM内存结构中的虚拟机栈，虚拟机栈里的栈帧，栈帧中的局部变量，局部变量就存储着引用。
- 那如果栈帧位于虚拟机栈的栈顶，是不是说明这个栈帧是活跃的（换言之，是线程正在被调用的）
- 既然是线程正在调用的，那栈帧里的指向「堆」的对象引用，就一定是「活跃」的引用
- 所以，当前活跃的栈帧指向堆里的对象引用就可以是「 GC Roots」
当然了，能作为「 GC Roots」也不单单只有上面那一块
- 比如类的静态变量引用是「 GC Roots」，被「Java本地方法」所引用的对象也是「 GC Roots」等等
「 GC Roots」是一组必须「活跃」的「引用」，只要跟「GC Roots」没有直接或者间接引用相连，那就是垃圾。JVM用的就是「可达性分析算法」来判断对象是否为垃圾
标记完，怎么删除的（垃圾回收算法）
- 标记清除
- 缺点：直接清除会有「内存碎片」的问题：可能我有10M的空余内存，但程序申请9M内存空间却申请不下来（10M的内存空间是垃圾清除后的，不连续的）
- 标记复制
- 「标记」存活的对象「复制」到另一块空间，复制完了之后，直接把原有的整块空间给干掉！这样就没有内存碎片的问题了
- 缺点：内存利用率低，得有一块新的区域给我复制（移动）过去
- 标记整理
- 当前区域内进行移动，存活对象一到一边，垃圾移到一边，再统一删除，就不会有内存碎片了
老年代、年轻代
- 大部分对象的生命周期都很短，而只有少部分对象可能会存活很长时间
- 回收垃圾的时候，程序是有短暂的时间不能正常继续运作啊。（JVM在回收的时候，用户线程不能继续分配修改引用），为了使「 stop the word」持续的时间尽可能短以及提高并发式GC所能应付的内存分配速率
- 所以很多的垃圾收集器上都会在「物理」或者「逻辑」上，把这两类对象进行区分
- 死得快的对象所占的区域叫做「年轻代」，活得久的对象所占的区域叫做「老年代」
- 但也不是所有的「垃圾收集器」都会有，只不过我们现在线上用的可能都是JDK8，JDK8及以下所使用到的垃圾收集器都是有「分代」概念的
垃圾收集器
垃圾回收的过程，其实就对应着几种「垃圾回收算法」分别是
- 标记清除算法、标记复制算法和标记整理算法【「标记」「复制」「整理」】
「年轻代」的垃圾收集器有： Seria、Parallel Scavenge、 Pardew
- 年轻代的垃圾回收器使用的都是「标记复制算法」
- 所以在「堆内存」划分中，将年轻代划分出 Survivor区（ Survivor From和 ourvor To），目的就是为了有一块完整的内存空间供垃圾回收器进行拷贝（移动）
- 新对象则放入Eden区
- 堆内存大小默认比例：
「老年代」的垃圾收集器有： Serial Old、 Parallel Old、CMS
Serial是单线程的， Parallel是多线程。这些垃圾收集器实际上就是「实现了」垃圾回收算法（标记复制、标记整理以及标记清除算法）
CMS是「JDK8之前」是比较新的垃圾收集器，它的特点是能够尽可能减少「stop the word」时间。在垃圾回收时让用户线程和GC线程能够并发执行」
新创建的对象一般是在「新生代」嘛，那在什么时候会到「老年代」中呢？
- 两种情况
- 如果对象太大了，就会直接进入老年代（对象创建时就很大 或者 Survivor区没办法存下该对象）
- 如果对象太老了，那就会晋升至老年代（每发生一次 Monor GC，存活的对象年龄+1，达到默认值15则晋升老年代）或者（动态对象年龄判定可以进入老年代）
那 Monor GC什么时候会触发呢？
- 当Eden区空间不足时，就会触发 Monor GC
那在「年轻代」GC的时候，从 GC Roots出发，那不也会扫描到「老年代」的对象吗？那那那.不就相当于全堆扫描吗？那这分代还有意义吗？
JVM解决方案
- Hotspot虚拟机「老的GC」（G1以下）是要求整个GC堆在连续的地址空间上
- 所以会有一条分界线（一侧是老年代，另一侧是年轻代），所以可以通过「地址」就可以判断对象在哪个分代上、
- 当做 Monor GCI的时候，从 GC Roots出发，如果发现「老年代」的对象，那就不往下走了（ Monor GC对老年代的区域毫无兴趣）
但又有个问题，那如果「年轻代」的对象被「老年代」引用了呢？（老年代对象持有年轻代对象的引用），那时候肯定是不能回收掉「年轻代」的对象的？
- 解决方案
- Hotspot虚拟机下有「 card table」（卡表）来避免全局扫描「老年代」对象
- 「堆内存」的每一小块区域形成「卡页」，卡表实际上就是卡页的集合。当判断一个卡页中有存在对象的跨代引用时，将这个页标记为「脏页」
- 那知道了「卡表」之后，就很好办了。每次 Monor GC的时候只需要去「卡表找到「脏页」，找到后加入至 GC Root，而不用去遍历整个「老年代」的对象了。
总结
什么是垃圾：只要对象不再被使用，那即是垃圾
如何判断为垃圾：可达性分析算法和引用计算算法，JVM使用的是可达性分析算法
什么是GC Roots：GC Roots是一组必须活跃的引用，跟GC Roots无关联的引用即是垃圾，可被回收
常见的垃圾回收算法：标记清除、标记复制、标记整理
为什么需要分代：大部分对象都死得早，只有少部分对象会存活很长时间。在堆内存上都会在物理或逻辑上进行分代，为了使「stop the word」持续的时间尽可能短以及提高并发式GC所能应付的内存分配速率。
Minor GC：当Eden区满了则触发，从GC Roots往下遍历，年轻代GC不关心老年代对象
什么是card table【卡表】：空间换时间（类似bitmap），能够避免扫描老年代的所有对象，进而顺利进行Minor GC （案例：老年代对象持有年轻代对象引用）
堆内存占比：年轻代占堆内存1/3，老年代占堆内存2/3。Eden区占年轻代8/10，Survivor区占年轻代2/10（其中From 和To 各站1/10)