目錄

• 往期博客：Java課堂篇3_初識(shí)JMM、常量池簡(jiǎn)單理解(字符串常量池、靜態(tài)常量池、大整型常量池)

1. 為什么要了解垃圾收集和內(nèi)存分配？
2. 如何判斷對(duì)象已死？
   • 引用計(jì)數(shù)算法
   • 可達(dá)性分析算法
   • JDK1.2之后引用的擴(kuò)充
3. 回收方法區(qū)
4. 垃圾收集算法分代收集理論
   • 標(biāo)記清除
   • 標(biāo)記復(fù)制
   • 標(biāo)記整理
5. 對(duì)象分配
6. 虛擬機(jī)性能監(jiān)控故障處理工具

1、為什么需要了解垃圾收集和內(nèi)存分配？

當(dāng)需要排查各種內(nèi)存溢出、內(nèi)存泄露問(wèn)題時(shí)，當(dāng)垃圾收集成為系統(tǒng)達(dá)到高并發(fā)量的瓶頸時(shí)，我們必須對(duì)這些“自動(dòng)化”的技術(shù)實(shí)

施必要的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

2、如何判斷對(duì)象已死？

2.1、引用計(jì)數(shù)法

• 在對(duì)象中添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值就加1，當(dāng)有一個(gè)地方取消引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值減1
• 雖然額外占用內(nèi)存空間，但是他的原理簡(jiǎn)單，判定效率也很高
• Java領(lǐng)域主流的虛擬機(jī)未采用沒(méi)有選擇用，因?yàn)檫@個(gè)看似簡(jiǎn)單的算法有很多例外的情況要考慮，必須配合額外的大量處理才能確保正確工作，如單純的引用計(jì)數(shù)很難解決對(duì)象之間的互相引用問(wèn)題。

2.2、可達(dá)性分析

• 通過(guò)一系列的GC Roots的根對(duì)象作為起始點(diǎn)集，從這些結(jié)點(diǎn)開始，根據(jù)引用關(guān)系向下搜索，搜索走過(guò)的路徑稱為引用鏈，如果某個(gè)對(duì)象到GC Roots間沒(méi)有任何引用鏈相連，或者用圖論的話來(lái)說(shuō)就是不可達(dá)，證明這個(gè)對(duì)象不再被使用
• 固定可以作為GC Roots的對(duì)象包括：
  • 虛擬機(jī)棧引用的對(duì)象（方法參數(shù)、局部變量、臨時(shí)變量）
  • 方法區(qū)的靜態(tài)屬性引用的對(duì)象
  • 方法區(qū)的常量池引用的對(duì)象
  • 本地方法棧Native方法引用的對(duì)象
  • 虛擬機(jī)內(nèi)部的引用
  • 同步鎖synchrionized持有的對(duì)象

2.3、JDK1.2之后引用的擴(kuò)充

四種新擴(kuò)充的引用

• 強(qiáng)引用：傳統(tǒng)的"引用"定義如Object o = new Object()，只要強(qiáng)引用的關(guān)系還在，垃圾收集器就永遠(yuǎn)不會(huì)回收掉被引用的對(duì)象
• 軟引用：描述還有用，但是非必須的對(duì)象，在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常前，會(huì)把這些對(duì)象列入回收范圍之中進(jìn)行二次回收，如果回收之后還是內(nèi)存不夠，就會(huì)拋出異常。JDK1.2版之后提供了SftReference類來(lái)實(shí)現(xiàn)軟引用
• 弱引用：也是描述那些非必須的對(duì)象，但是它的強(qiáng)度比弱引用更弱一些，被弱引用引用的·對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生為止。
• 虛引用：不對(duì)對(duì)象存活造成影響，位一各對(duì)象設(shè)置虛引用的目的只是為了垃圾收集器回收該對(duì)象時(shí)收到有個(gè)系統(tǒng)通知。

3、回收方法區(qū)

• 相比于堆內(nèi)存的回收，方法區(qū)的回收由于苛刻的回收條件，其區(qū)域垃圾收集的成果往往很低
• 方法區(qū)的垃圾收集主要涉及兩部分的內(nèi)容：
  • 廢棄的常量：字符串常量池里面的常量等
  • 不在使用的類型：類、接口、方法、字段的符號(hào)引用等
• 判斷一個(gè)類不在使用需要考慮
  • 該類的所有實(shí)例都已經(jīng)被回收
  • 加載該類的類加載器已經(jīng)被回收
  • 該類對(duì)java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有任何地方被引用，無(wú)法在任何地方通過(guò)反射訪問(wèn)該類的方法
• 在大量使用反射、動(dòng)態(tài)代理、CGLIB等字節(jié)碼的框架，動(dòng)態(tài)生成JSP等這類頻繁自定義類加載器的場(chǎng)景，通常都需要Java虛擬機(jī)具備類型卸載的能力，以保證不會(huì)對(duì)方法區(qū)造成過(guò)大的內(nèi)存壓力。

4、垃圾收集算法

垃圾收集算法可以劃分為

• 引用計(jì)數(shù)式垃圾收集（對(duì)應(yīng)前面的 引用計(jì)數(shù)算法）
• 追蹤式垃圾收集（對(duì)用前面的 可達(dá)性分析算法）

分代收集設(shè)計(jì)原則

• 弱分代假說(shuō)：任何對(duì)象都是朝生夕滅
• 強(qiáng)分代假說(shuō)：熬過(guò)越多次垃圾收集的對(duì)象就越難消亡

因此存在

• 部分收集Partical GC
  • 新生代收集Young GC
  • 老年代收集Old GC
  • 混合收集Mixed GC
• 整堆收集Full GC

4.1、標(biāo)記清除算法

算法分為 標(biāo)記 和 清除 兩個(gè)階段

• 標(biāo)記：首先標(biāo)記出所有要回收的對(duì)象（或者存活的對(duì)象），在標(biāo)記完成后
• 清除：統(tǒng)一回收掉被標(biāo)記的對(duì)象

缺點(diǎn)

• 執(zhí)行效率不太穩(wěn)定：如果Java堆中包含大量對(duì)象，而且其中大部分都是需要回收的，這時(shí)需要大量標(biāo)記和清除操作
• 內(nèi)存空間碎片化問(wèn)題：清除之后，產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存空間，當(dāng)需要分配大對(duì)象是，有可能放不下還需要進(jìn)行一次GC

4.2、標(biāo)記復(fù)制算法

相比標(biāo)記清除算法

• 半?yún)^(qū)復(fù)制：將內(nèi)存容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這一塊內(nèi)存用完了，就還將存活的對(duì)象復(fù)制到另外一塊，再把使用過(guò)的一塊內(nèi)存全部回收清理。
• 缺點(diǎn)：這種算法產(chǎn)生大量的內(nèi)存空間復(fù)制的開銷，可用內(nèi)存縮小為原來(lái)的一半，空間浪費(fèi)。

半?yún)^(qū)復(fù)制分代策略

• Appel式回收：虛擬機(jī)的新生代使用此種回收算法，將新生代分為 Eden和Survivor區(qū)域，比例為8:1:1；每次將Eden的存活對(duì)象放到Survivor中
• 需要老年代內(nèi)存擔(dān)保，也就是Survivor需要像老年代傳送對(duì)象。

4.3、標(biāo)記整理算法

相比于新生代使用標(biāo)記復(fù)制算法、標(biāo)記清除算法

• 老年代不能使用標(biāo)記復(fù)制算法，因?yàn)槔夏甏鷮?duì)象存活率高，進(jìn)行復(fù)制會(huì)浪費(fèi)內(nèi)存空間
• 針對(duì)老年代對(duì)象的死亡特征，需要使用標(biāo)記-整理算法，區(qū)別于標(biāo)記-清除算法本質(zhì)區(qū)別就是 不是直接對(duì)可回收對(duì)象清理，而是將存活的對(duì)象往一段移動(dòng)，清除邊界以外的內(nèi)存。

特點(diǎn)

• 移動(dòng)存活對(duì)象的·時(shí)候，尤其是老年代，移動(dòng)對(duì)象地址需要全部用戶程序才能進(jìn)行Stop The World
• 不移動(dòng)時(shí)候采用標(biāo)記清除算法，內(nèi)存分配復(fù)雜
• 移動(dòng)的時(shí)候采用標(biāo)記整理算法，回收時(shí)更復(fù)雜
• 有一種和稀泥方式，碎片化程度到達(dá)一定程度開啟移動(dòng)

5、對(duì)象分配

對(duì)象的內(nèi)存分配從概念上講都是堆上分配，（實(shí)際可能有即時(shí)編譯后被拆散為標(biāo)量類型并間接的在棧上分配），在經(jīng)典分代的設(shè)計(jì)下，新生對(duì)象會(huì)直接分布在新生代，一些超過(guò)閾值的大對(duì)象可以直接分布在老年代

• 對(duì)象優(yōu)先在Eden分配：沒(méi)有足夠空間會(huì)觸發(fā)YoungGC，存活的對(duì)象會(huì)進(jìn)入Survivor
• 大對(duì)象直接進(jìn)入老年代：為了避免大對(duì)象內(nèi)存復(fù)制的開銷，直接將大對(duì)象分配到老年代，通過(guò)設(shè)置-XX:PretenureSizeThreshold=3145728參數(shù)指定閾值
• 長(zhǎng)期存活的對(duì)象進(jìn)入老年代：虛擬機(jī)給每個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)對(duì)象年齡(Age)計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)在對(duì)象頭中，對(duì)象通常在Eden單上，如果第一次經(jīng)理YongGC能夠存活下來(lái)并且Survivor能夠放的下，該對(duì)象就會(huì)被移動(dòng)到Survivor并且年齡加1歲，當(dāng)年齡增加到一定程度（默認(rèn)15歲）就會(huì)被放到年代。可以通過(guò)-XXMaxTenuringThreshold設(shè)置
• 動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判斷：除了對(duì)象年齡增長(zhǎng)進(jìn)入老年代，如果Survivor空間相同年齡的對(duì)象綜合大于Survivor空間的一半，年齡大于等于該年齡的對(duì)象可以直接進(jìn)入老年。
• 空間分配擔(dān)保：在發(fā)生YoungGC的時(shí)候，虛擬機(jī)必須先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象的總空間，
  • 如果這個(gè)條件成立，那么這一次GC是確保安全的
  • 如果這個(gè)條件不成立，則虛擬機(jī)會(huì)檢查參數(shù)-XX:HandlePromotionFailure參數(shù)是否允許擔(dān)保失敗，如果允許，則會(huì)檢查老年代可用連續(xù)空間是否大于歷屆上升到老年代對(duì)象年齡的平均大小
    • 如果大于，進(jìn)行一次YoungGC
    • 如果小于，或者是-XX:handlePromotionFailure設(shè)置不允許冒險(xiǎn)，這時(shí)候就需要進(jìn)行一次FullGC

6、虛擬機(jī)性能監(jiān)控故障處理工具

6.1基礎(chǔ)故障處理工具

• jsp:虛擬機(jī)進(jìn)程狀況工具
  虛擬機(jī)進(jìn)程查看定位工具
  

• jstat:虛擬機(jī)統(tǒng)計(jì)信息監(jiān)視工具
  顯示類加載、內(nèi)存、垃圾收集器、即時(shí)編譯等運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，定位虛擬機(jī)性能問(wèn)題
  參數(shù)參考：https://blog.csdn.net/ouyang111222/article/details/53688986

• jinfo:Java配置信息工具

• jmap:Java內(nèi)存映像工具
  用于生成堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照

• jhat:虛擬機(jī)堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)快照分析工具

• jstack:Java堆棧跟蹤工具

• jcmd:Java7開始提供的虛擬機(jī)診斷命令工具

基本Java工具

• javadoc：API文檔生成器
• javap:字節(jié)碼分析工具

6.2可視化故障處理工具

• jhsdb:Java9開始提供的進(jìn)程調(diào)試器，基于服務(wù)代理的調(diào)試工具
  首先使用jps查看進(jìn)程號(hào)，然后jhsdb hsdb --pid xxx 進(jìn)行操作
• JConsole:Java監(jiān)視與管理控制臺(tái)
  控制臺(tái)輸入jconsole,本地、遠(yuǎn)程進(jìn)行連接
• VisualVM:多合-故障處理工具