JAVA内存回收

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说俩句

早在当年面试的时候，就总有面试官喜欢问java怎么回收内存的，当时只是死记硬背，没有理解，所以总是会忘记，甚至会记错，甚至当时我都不知道什么叫“理解”，如何去理解，现在想想，所谓理解，就是可以“推理”，知道基本信息，和机制，就可以推理出是怎么一回事。

现在，我总是用现实中的生活场景去理解计算机的机制，我总认为，计算机中的协议，都是人约定的，来源于人的生活，所以是一定可以理解的，不像自然科学，比如物理学定律，这些定律是怎么来的？谁创立的？是不是有什么目前还没发现条件以至于哪天这条定律就要重写了？不知道┑(￣Д ￣)┍

本文主要参考《深入理解java虚拟机》

tcp三次握手

三次握手是俩个服务器建立连接，开始会话，那么就可以把俩个服务器想像成俩个人，那么俩个人是怎么建立会话的呢？

想象在一个办公室里，A 和B隔着挡板，A要和B咨询一个问题，那么过程大体如下

A -> B:嘿，B，我有个问题想要请教你

如果这时B啥反应都没，那么A一定不知道B有没有听到，所以需要B给个回应

B -> A:哦，什么问题？

如果这个时候，A一扭头，继续干原来的事情，什么也不说，那么B就不知道A是不是听到了自己的回应，所以需要A再给个回应

A -> B:是这样，…

是不是可以模拟tcp三次握手的过程呢？虽然实际上还是有些差别的

java内存分区

java的内存分区实际上和linux上进程和线程的分区很像，实际上大家都差不太多つ﹏⊂

  • 线程私有
    • 程序计数器，指向当前的进程的正在执行的字节码
    • 虚拟机栈，存放java方法
    • 本地方法栈，存放native方法
  • 线程共享
    • 方法区，保存在着被加载过的每一个类的信息
      • 包括一个运行时常量池，存放编译期生成的各种字面量和符号引用
    • 堆，存放各种类的实例对象
  • 直接内存

如果了解linux进程地址空间，从上到下分区如下

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栈 局部变量、函数参数、返回地址等

堆 动态分配的内存

BSS段 未初始化或初值为0的全局变量和静态局部变量

数据段 已初始化且初值非0的全局变量和静态局部变量

代码段 可执行代码、字符串字面值、只读变量

发现，其实都差不多？好吧，还是有区别的，但是最核心的就是栈和堆,可以自行体味下“栈是线程私有的，堆是线程共享的”

可达性分析

python为了解决引用循环的问题，也引入了可达性分析的问题，与其这样，不如直接使用可达性分析。

从根对象(GC ROOT)出发，随着引用链，标记被引用的对象，这些是不可回收的，没被标记的对象,或者说标记为可以回收的对象，就是可以回收的。

同样的问题：怎么找这些根对象？

以下对象可以作为GC root

  • 虚拟机栈中引用的对象
  • 方法区中静态属性、常量引用的对象
  • Native方法引用的对象

对比下python，这些对象是不是很像python的非容器对象？

OopMap

实际寻找GC Root过程中，java做了优化，这个优化操作就是OopMap，这个映射表存放着GC Root，程序在运行的时候，会把可作为GC ROOT的对象的信息存入OopMap,GC时，直接查看这个OopMap时就可以开始可达分析了

安全区和安全点

python在进行可达性分析的时候，会stop the world，实际上python的GIL就保证了其他线程处于阻塞状态。

但是Java没有GIL，线程可能真的是并行的，如果在可达性分析的时候，阻塞其他线程，那么就会让效率降低，为了避免这个问题，就标记安全点，所谓安全点就是，当线程处于安全点时，不会修改内存中对象引用关系，

GC时，可以通知各个线程，等线程运行到安全点的时候，告知GC，然后线程自己stop the world再进行可达性分析

那么有的线程处于阻塞状态无法进行响应咋办，首先，处于阻塞状态的线程，就不会修改对象引用关系，在进入阻塞状态前，就标记自己进入了安全区，这样GC就知道这个线程不会影响引用关系，放心的进行可达性分析。

finalize

标记为可回收的对象，也不是立即就回收了，实际上如果对象实现了finalize函数，那么在第一次被标为可回收的时候，且被判定为有必要执行finalize的时候，就会将这个对象放入F-queue中，稍后由Finalizer线程去执行这些对象的finalize函数，如果在finalize函数中，又重新将改对象连接到GCroot，那么这个对象就被移出可被回收集合，否则，就真的被回收了

实际上python也有这个机制

标记清除和标记整理

可达性分析就是标记过程，如果

  • 直接清除这个对象占用的内存空间，然后啥也不干，这就是标记清除，这样很容易产生内存碎片
  • 将一般的内存空间拿出来，专门用于将标记的对象挪过来，这就是标记复制，这样内存利用率不高，但是没有内存碎片
  • 先标记清除，然后将所有的对象向一个方向挪，好比军训站队时，有人出列后，教官喊向右看齐，队列中剩下的人就把出列人的空间给占了

分代收集

同样的，这个是根据统计学规律设计出的机制，将内存分为新生代和老年代，新生代中的对象每次都有大量对象被回收，老年代中对象存活率较高

垃圾收集器

java有很多垃圾收集器，其实是随着各种机制被设计出来，收集器不断地演进

下图是书里给出的各个收集器的关系

avatar

Serial

单线程收集器，收集垃圾时就是会stop the world，（没错，就像空条承太郎的替身白金之星的技能，the world!!!），就像打扫屋子的时候的让人出来

ParNew

就是多线程版本的Serial

Parallel Scavenge

以达到一个可控制的吞吐量为目标，提供了-XX:MaxGCPauseMillis和-XX:GCTimeRatio俩个参数

Serial Old

Serial的老年代，单线程，使用标记整理

Parallel Old

Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和标记整理

CMS

Concurrent Matk Sweep，以最短回收停顿时间为目标的收集器，标记清除，主要步骤如下

  • 初始标记
    • 需要stop the world，仅标记GC Root能直接关联的对象，这样速度就很快，
  • 并发标记
    • 从GC Root出发，不断标记对象，和用户线程一起
  • 重新标记
    • 在并发标记阶段，引用关系可能会发生改变，关注引用的新增，在三色模型中，当有白色的对象被改为黑色对象的引用，就把这个黑色对象，改成灰色对象，然后在这个阶段，重新标记
  • 并发清除
    • 回收对象

缺点

  • CMS收集器对CPU资源十分敏感
  • 无法处理浮动垃圾
  • 标记清除产生大量内存碎片

G1

特性

  • 可以并行与并发
  • 分代收集
  • 标记整理
  • 可预测停顿

其操作大概如下

  • 将堆内存划分大小相等的独立区域Region，
  • 跟踪各个Region的垃圾堆积的价值大小,即回收所获得的空间大小以及回收所需的时间的经验值，优先回收价值最大的Region
  • 每个Region都有一个RememberSet的数据结构，保存着其他Region中的对象引用本Region中对象的关系
  • 步骤
    • 初始标记
    • 并发标记
    • 最终回收
    • 筛选回收