说一说JavaGC的来龙去脉

说一说JavaGC的来龙去脉

情景引入:今天面试奇安信.面试官问我如下问题:

• 在一个web项目中将访问登录时的ip和变量用hashMap绑定在一起,这个变量是用来标记该ip登录失败的次数的,当失败三次之后需要验证码登录,问题是如果同一个ip多次访问是否会出现线程安全问题?
• 有一个对象A引用了对象B,B里面有静态变量,此时对象A被回收,那么对象B呢?对象B里面的静态变量呢?

当时这两个问题回答的不好,所以自己又深入理解了下,发现其实这两个问题是有联系的,当你看了这篇文章之后,这两个问题也就迎刃而解了.

一.首先说一下JVM的内存模型:

1.JVM虚拟机数据区.

线程私有

• 程序计数器.
  就是一个指针,指在当前线程正在执行的字节码的行号.(debug时使用)

• java虚拟机栈.
  一个栈结构,为java方法调用时使用,每一个线程对应一个java虚拟机栈,
  其声明周期与线程共进退,每个java方法在调用时都会创建一个栈祯,并入栈,
  一旦调用完成,则出栈.所有的栈祯都出栈之后,线程也就完成了使命.

• 本地方法栈.
  一个栈结构,区别是为虚拟机使用本地(native)方法所使用.

线程共享

• 堆是JVM内存占用最大,管理最复杂的一个区域.其唯一的用途就是存放对象实例:所有的对象实例及数组都在堆上进行分配.在堆中又分为新生代和永久代

  声明:1.7以后,字符串常量池从永久带中剥离出来,存放在堆中.堆有自己的内存分块划分,按照GC分带收集角度的划分.

堆又分为以下几个部分:

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• 新生代和老年代,新生代又分为Eden,from0,from1区.

2.本地内存.

线程共享

• 元数据区.(方法区)
• 直接内存

二.常量,静态变量,对象在JVM中具体的存储位置.

栈中:

• 一个栈帧可以代表一个方法,每一个栈帧存储了局部变量,被调用时传进来的参数,它的返回值,

堆中:

• 存放了对象本身.字符串常量池(1.7以后放在了堆中).
  比如String str=“123”
  “123”,存放在字符串常量池中的某一个位置. str存放在栈中,

方法区:

• 存放整个类的信息(class文件是存入方法区的),类变量(成员变量),静态变量.

• 1.因为方法区可以被所有的线程所访问,所以方法区中的变量必须被设置成线程安全的.

• 2.方法区也会发生GC,就是某个类不再被引用.会被整体GC掉(只有自定义类装载器装载的类型才会被GC).

三.在介绍了基本知识后,开始正式说GC.

一.什么时候会GC?

• 在堆中,GC主要针对于新生代和老年代,在新生代中,所有新的对象刚开始都会放在eden中,当eden区不足以存放新的对象的时候就会发生GC,称为Minor(小的)GC.对于老年代,当升入老年代的对象所需要的空间大于其剩余空间时,也会发生GC,称为full GC.(full GC是很影响性能的)
• 在方法区中,GC是很少发生的,而静态变量是存在方法区的,一般不会被回收,如果回收必须符合以下条件.
  1、所有实例被回收
  2、加载该类的ClassLoader 被回收
  3、Class 对象无法通过任何途径访问（包括反射）

二.当需要GC的时候怎么判断要回收哪些对象?

• 垃圾检测通常通过建立根对象的集合,并且检查从这些根对象开始的可触及性来实现,如果正在运行的程序可以通过根对象访问到某个对象,那么这个对象就是可触及的,而无法被触及的对象被认为是垃圾.

  跟对象的集合通常通过包括下面几个部分:
  1.虚拟机栈中的局部变量的对象引用
  2.传入本地方法栈中,没有被释放的对象引用.
  2.方法区中的成员变量的对象引用.
  3.方法区中的静态变量的对象引用.
  具体实现就是从根节点开始有一个对象引用图,在追踪的过程中以某种方式打上标记,当追踪结束时,为被标记的对象就是无法触及的.

至此,其实最开始的问题已经有了答案:

1.在一个web项目中将访问登录时的ip和变量用hashMap绑定在一起,这个变量是用来标记该ip登录失败的次数的,当失败三次之后需要验证码登录,问题是如果同一个ip多次访问是否会出现线程安全问题?

• 首先hashMap本身不是线程安全的,如果这个hashMap是一个类变量,放在方法区,那么它可以被所有的线程访问.而一个ip访问,进行连接就会创建一个新的线程去处理,也就达到了多线程的效果,所以是有线程安全问题,
  而局部变量不存在线程安全问题,因为放在栈中,而每个线程都有自己的独立的栈结构.

2.有一个对象A引用了对象B,B里面有静态变量,此时对象A被回收,那么对象B呢?对象B里面的静态变量呢?

• B对象会被回收,如果没有其他引用的话,就是如果变成不可触及的话.
  里面的静态变量会存放在方法区中,一般不会被GC.只要类存在,静态变量就存在,被回收必须满足那几个苛刻的条件.

当然既然说到JAVAGC,就要说清楚来龙去脉啊,下面继续探讨.

三.现在知道了哪些对象需要被回收,在介绍具体的回收算法时,还需要说一下对象的晋升过程.

• 1.所有的对象刚开始new出来都是会先放在新生代中的eden区(除了有些对象特别大,eden区放不下,会直接放在老年代).
  2.在eden区经过第一次GC之后,存活的对象会被放到某一个幸存者区(survivor),这里假设是survivor0.
  3.此后,每当eden区GC后,存活的对象都会放再同一个survivor区.在这里也就是survivor0区.
  4.当survivor0饱和之后,会执行复制算法,就是检测哪些是垃圾,然后把还有用的对象全部移到survivor1区,survivor0区的垃圾全部clear.
  5.以上步骤重复N次,在经历15次(默认值)GC之后还存活的对象,会从survivor区晋升到老年代.

  这里再放以下堆空间的存储图.
  

四.现在开始正式介绍常用的垃圾回收算法.

• • 引用计数法：这是个比较古老而经典的垃圾收集算法，其核心就是在对象被其他所引用时计数器加1，而当引用失效时则减1，但是这种方式有非常严重的问题：无法处理循环引用的情况、还有就是每次进行加减操作比较浪费系统资源.

  •标记清除法：就是分为标记和清除俩个阶段进行处理内存中的对象，当然这种方式也有非常大的弊端，就是空间碎片问题，垃圾回收后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工作效率要低于连续的内间

  • 标记压缩法：标记压缩法在标记清除法基础之上做了优化，把存活的对象压缩到内存一端，而后进行垃圾清理。（java中老年代使用的就是标记压缩法).

  • 分代算法：就是根据对象的特点把内存分成N块，而后根据每个内存的特点使用不同的算法。对于新生代和老年代来说，新生代回收频率很高，但是每次回收耗时都很短，而老年代回收频率较低，
  但是耗时会相对较长，所以应该尽量减少老年代的GC.

  • 分区算法：其主要就是将整个内存分为N多个小的独立空间，每个小空间都可以独立使用，这样细粒度的控制一次回收都少个小空间和那些个小空间，而不是对整个空间进行GC，从而提升性能，并减少GC的停顿时长.

补充:GC停顿现象.

• 垃圾回收器的任务是识别和回收垃圾对象进行内存清理，为了让垃圾回收器可以高效的执行，大部分情况下，会要求系统进入一个停顿的状态。停顿的目的是终止所有应用线程，只有这样系统才不会有 新的垃圾产生，同时停顿保证了系统状态在某一个瞬间的一致性，也有益于更好低标记垃圾对象。因此在垃圾回收时，都会产生 应用程序的停顿.

五.垃圾收集器.

Java虚拟机垃圾回收器不仅仅只有一种，什么情况下该使用哪种，对性能又有什么样的影响，这都是我们需要了解的.

• 1.串行垃圾回收器.

  • 串行回收器是指使用单线程进行垃圾回收的回收器。每次回收时，串行
    回收器只有一个工作线程，对于并行能力较弱的计算机来说，串行回收器的专注性和独占性往往有更好的性能表现。串行回收器可以在新生代和老年代使用，根据作用于不同的堆空间，分为新生代串行回收器和老年代串行回收

  2.并行垃圾回收器.

  • ParNew回收器是一个工作在新生代的垃圾收集器，他只是简单的将串行回收器多线程化，他的回收策略和算法和串行回收器一样.

  • 新生代 ParallelGC
    回收器，使用了复制算法的收集器，也是多线程独占形式的收集器，但ParallelGC回收器有个非常重要的特点，就是它非常关注系统的吞吐量

  • 老年代 ParallelOldGC 回收器 也是一种多线程的回收器和新生代的
    ParallelGC 回收器一样，也是一种关注吞吐量的回收器，他使用了标记压缩算法进行实现

  3.CMS垃圾回收器.

  • CMS全称为：Concurrent Mark Sweep 意为并发标记清除，他使用的是标记清除法，主要关注系统停顿时间.
  • CMS并不是独占的回收器，在CMS回收过程中，应用程序仍然在不停的工作，又会有新的垃圾不断产生，在使用CMS的过程中应该确保应用程序的内存足够可用。CMS不会等到应用程序饱和的时候才去回收垃圾，而是在某一阀值的时候开始回收，回收阀值可用指定的参数进行配置，-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction来指定，默认为68，也就是说当老年代的空间使用率达到68%的时候，会执行CMS回收。如果内存使用率增长的很快，在CMS执行的过程中，已经出现了内存不足的情况，此时CMS回收就会失败，虚拟机将启动老年代串行回收器进行垃圾回收，这会导致应用程序中断，直到垃圾回收完成后才会正常工作，这个过程GC的停顿时间可能较长，所以-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的设置要根据实际的情况.

  4.G1回收器.

  • G1回收器(Garbage-First)
    拥有独特的垃圾回收策略，G1属于分代垃圾回收器，区分新生代和老年代，依然有eden和from/to区，它并不要求整个eden区或者新生代、老年代的空间都连续，它使用了分区算法.

  • 它是兼顾新生代和老年代一起工作，之前的垃圾收集器他们或者在新生代工作，或者在老年代工作，因此这是一个很大的不同.

以上就是全部内容了,由于编者水平也有限,如果错误欢迎各位多多指正,谢谢.