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一文理清JVM和GC（上）

本文主要介绍JVM和GC解析

本文较长，分为上下篇（可收藏，勿吃尘）

如有需要，可以参考

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一、前期预热

1）JVM内存体系

其中 方法区 和堆被JVM中多个 线程共享 ，比如类的静态常量就被存放在方法区，供类对象之间共享， 虚拟机栈 、 本地方法栈 、 程序计数器 是每个 线程独立 拥有的，不会与其他线程共享。所以Java在通过new创建一个类对象实例的时候，一方面会在虚拟机栈中创建一个对该对象的引用，另一方面会在堆上创建类对象的实例，然后将对象引用指向该对象的实例。对象引用存放在每一个方法对应的栈帧中。

虚拟机栈： 虚拟机栈中执行每个方法的时候，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。
本地方法栈： 与虚拟机栈发挥的作用相似，相比于虚拟机栈为Java方法服务，本地方法栈为虚拟机使用的Native方法服务，执行每个本地方法的时候，都会创建一个栈帧用于存储局部变量表，操作数栈，动态链接，方法出口等信息。
方法区： 它用于存储已被虚拟机加载的 类信息，常量，静态变量 ，即时编译器编译后的代码等数据，方法区在JDK1.7版本及之前称为永久代，从JDK1.8之后永久代被移除。
堆： 堆是Java对象的存储区域，任何new字段分配的 Java对象实例和数组 ，都被分配在了堆上，Java堆可使用 - Xms / - Xmx 进行内存控制，从JDK1.7版本之后， 运行时常量池 从方法区移到了堆上。
程序计数器： 指示Java虚拟机下一条需要执行的字节码指令。

2）JAVA8之后的JVM

从图中我们可以看出JAVA8的JVM 用元空间取代了永久代

3）GC作用域

4）常见垃圾回收算法

引用计数法：

JVM的实现一般不采用这种方式

缺点：

1. 每次对对象赋值时均要维护引用计数器，且计数器本身也有一定的消耗；

2. 较难处理循环引用；

复制算法：

Java 堆从GC的角度可以细分为： 新生代 （Eden区、From Survivor区和 To Survivor区）和老年代。

特点：

复制算法不会产生内存碎片，但会占用空间。用于新生代。

MinorGC的过程（复制 --> 清空 --> 互换）

复制： （Eden、SurvivorFrom 复制到 SurvivorTo，年龄加1）
首先，当Eden区满的时候会触发第一次GC，把还活着的对象拷贝到SurvivorFrom区，当Eden区再次触发GC的时候会扫描Eden区域和From区域，对这两个区域进行垃圾回收，经过这次回收后还存活的对象，则直接复制到To区域（如果有对象的年龄已经到达了老年的标准，则复制到老年代区），同时把这些对象的年龄加1。
清空： （清空Eden、SurvivorFrom）
清空Eden和SurvivorFrom中的对象，也即复制之后有交换，谁空谁是to。
互换： (SurvivorTo和SurvivorFrom 互换)
最后，SurvivorTo和SurvivorFrom 互换，原SurvivorTo成为下一次GC是的SurvivorFrom区。

`标记清除法`

算法分成标记和清除两个阶段，先标记出要回收的对象，然后统一回收这些。

特点：

不会占用额外空间，但会扫描两次，耗时，容易产生碎片，用于老年代

`标记压缩法`

优点：

没有内存碎片，可以利用bump

缺点：

需要移动对象的成本，用于老年代

原理：

标记：与标记清除一样

---

2.压缩：再次扫描，并往一段滑动存活对象

---

二、正文接入

1）判断对象是否可回收

`引用计数法`

Java中，引用和对象是有关联的。如果要操作对象则必须用引用进行。

因此，很显然的一个方法就是通过 引用计数 来判断一个对象是否可以回收。简单来说就是给对象添加一个引用计数器。每当有一个地方引用它，计数器的值加1，每当有一个引用失效时，计数器的值减1。

任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的，那么这个对象就是可回收对象。

缺点：很难解决对象之间相互循环引用的问题

`枚举根节点做可达性分析(根搜索路径)`

所谓“GC roots” 或者说tracing GC 的 "根集合" 就是一组必须活跃的引用。

基本思路就是通过一系列名为“GC Roots” 的对象作为起始点，从这个被称为GC Roots的对象开始向下搜索，如GC Roots没有任何引用链相连是，则说明此对象不可用。也即给定一个集合的引用作为根出发，通过引用关系

2）哪些可以做GCRoots对象

虚拟机栈（栈帧中的局部变量区，也叫做局部变量表）
方法区中的类静态属性引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中N（Native方法）引用的对象

3）JVM的参数类型

标配参数
- java -version
- java -help
  
  ---
X参数
- java -Xint -version ：解释执行
- java -Xcomp -version ：第一次使用就编译成本地代码
- java -Xmixed ：混合模式
  
  ---
XX参数
- Boolean类型
  > -XX： + 或者 - 某个属性值
  > + ：表示开启
  > - ：表示关闭
  > `例子：`
  > -XX: +PrintGCDetails： 开启打印GC收集细节
  > -XX: -PrintGCDetails： 关闭打印GC收集细节
  > -XX: +UseSerialGC： 开启串行垃圾收集器
  > -XX: -UseSerialGC： 关闭串行垃圾收集器
- KV设置类型
  > -XX: 属性key = 属性value
  > `例子：`
  > -XX: MetaspaceSize = 128m： 设置元空间大小为128m
  > -XX:MaxTenuringThreshold = 15： 控制新生代需要经历多少次GC晋升到老年代中的最大阈值
- jinfo-查看当前运行程序的配置
  > 公式： jinfo -flag 配置项进程编号
  > `例子：`
  > 1. 查看初始堆大小：
  
  ---
  
  >2. 查看其他参数
  
  ---
  
  > 3. 查看使用哪种垃圾回收器
  
  ---
两个经典参数
- -Xms 等价于 -XX: InitialHeapSize
- -Xmx 等价于 -XX: MaxHeapSize

4）查看JVM默认值

-XX:+PrintFlagsInitial 查看默认初始值
java -XX: +PrintFlagsInitial -version
java -XX: +PrintFlagsInitial

---
-XX:+PrintFlagsFinal 查看修改更新
- java -XX:+PrintFlagsFinal
- java -XX:+PrintFlagsFinal -version
- java -XX:+PrintCommandedLineFlags
  
  ---

5）常用的配置参数

经典案例设置：

-Xms128m -Xmx4096m -Xss1024k -XX:Metaspacesize=512m -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:PrintGCDetails -XX:UseSerialGC

-Xms

初始化大小内存，默认为物理内存1/64

等价于 -XX:InitialHeapSize

-Xmx

最大分配内存，默认为物理内存1/4

等价于 -XX:MaxHeapSize

-Xss

设置单个线程的大小，一般默认为5112K~1024K

等价于 -XX:ThreadStackSize

-Xmn

设置年轻代大小

-XX:MetaspaceSize

设置元空间大小

-XX:+PrintGCdetails

输出详细的GC收集日志信息

-XX:SurvivorRatio

设置新生代中eden和S0/S1空间的比例

默认：

-XX:SurvivorRatio=8 --> Eden:S0:S1=8:1:1

修改：

-XX:SurvivorRatio=4 --> Eden:S0:S1=4:1:1

SurvivorRatio值就是设置eden区的比例占多少，S0/S1相同

-XX:NewRatio

设置年轻代与老年代在堆结构的占比

默认

-XX:NewRatio=2 新生代占1，老年代占2，年轻代占整个堆的1/3

修改

-XX:NewRatio=4 新生代占1，老年代占4，年轻代占整个堆的1/5

NewRatio值就是设置老年代的占比，剩下的1给新生代

-XX:MaxTenuringThreshold

设置垃圾最大年龄

-XX:MaxTenuringThreshold=0：设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入老年代。对于老年代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象在年轻代的存活时间，增加年轻代被回收的概论。

6）强软弱虚

强引用
- 当内存不足，JVM开始垃圾回收，对于强引用的对象， 就算出现了OOM也不会对该对象进行回收，死都不收
- 强引用是我们最常见的普通对象引用，只要还有强引用指向一个对象，就能表名对象还“活着”，垃圾收集器不会碰这种对象。在Java中最常见的就是强引用，把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时，它处于可达状态，它是不可能被垃圾回收机制回收的。 即使该对象以后永远都不会被用到，JVM也不会回收。 因此强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。
- 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式地将相应（强）引用赋值为 null ，一般就是认为可以被垃圾收集（具体看垃圾收集策略）

public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();   //默认为强引用
        Object o2 = o1;     //引用赋值
        o1 = null;          //置空 让垃圾收集
        System.gc();
        System.out.println(o1);     // null
        System.out.println(o2);     // java.lang.Object@1540e19d
    }
复制代码

软引用
- 软引用就是一种相对强引用弱化了一些的引用。需要用java.lang.ref.SoftReference类来实现，可以让对象豁免一些垃圾收集。
- 系统内存充足 -> 不会回收
- 系统内存不足 -> 会回收
- 软引用通常用在对内存敏感的程序中，比如高速缓存就有用到软引用， 内存够用的时候就保留，不够用就回收

    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        SoftReference softReference = new SoftReference(o1);
        o1 = null;
        System.gc();
        System.out.println(o1);
        System.out.println(softReference.get());
    }
复制代码

弱引用
- 弱引用需要用java.lang.ref.WeakReference类来实现，它比软引用的生存期更短
- 对于弱引用的对象，只要垃圾回收机制一运行，不管JVM的内存空间是否足够，都会回收该对象占用的内存。

    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        WeakReference weakReference = new WeakReference(o1);
        o1 = null;
        System.gc();
        System.out.println(o1);                     //null
        System.out.println(weakReference.get());    //null
    }
复制代码

虚引用
- 虚引用需要java.lang.ref.PhantomReference类来实现。
- 形如虚设 ，它不会决定对象的生命周期。
- 如果一个对象持有虚引用，那么它就和没有任何一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收，它不能单独使用也不能通过它来访问对象，虚引用必须和 引用队列（ReferenceQueue） 联合使用。
- 虚引用的主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态，仅仅是提供了一种确保对象被finalize以后，做某些事情的机制。PhantomReference的get方法总是返回null，因此无法访问对应的引用对象。其意义在于说明一个对象已经进入finalization阶段，可以被gc回收，用来实现比finalization机制更灵活的回收操作。

public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(o1,referenceQueue);
        System.out.println(o1);                         //java.lang.Object@1540e19d
        System.out.println(phantomReference.get());     //null
        System.out.println(referenceQueue.poll());      //null
    }
复制代码

扩展
- 软弱引用适用场景 > 假如有一个引用需要读取大量的本地图片 > 存在问题：
  1. 如果每次读取图片都从硬盘读取则会严重影响性能。
  2. 如果一次性全部加载到内存中有可能造成内存溢出。
    > 解决思路：
    > 用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。
    Map imgMap = new HashMap();
- WeakHashMap

public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<Integer,String> weakHashMap = new WeakHashMap<>();
        Integer key = new Integer(1);
        weakHashMap.put(key,"测试1");
        System.out.println(weakHashMap);    //{1=测试1}
        key=null;
        System.out.println(weakHashMap);    //{1=测试1}
        System.gc();
        System.out.println(weakHashMap+"/t"+weakHashMap.size());    //{} 0
    }
复制代码

原文 https://juejin.im/post/5e8b134cf265da47db2e3aa8

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