Java读书笔记（2）

垃圾收集器和内存分配策略
垃圾的回收需要回答三个问题
（1）那些内存是垃圾需要回收？
（2）垃圾何时回收？
（3）如何回收？
一、垃圾的定义
可以将对象的应用看作是棵树，如果从对象没有到java中的定义的根节点，则可以判断是需要回收的对像。在深入理解jvm中是这样定义的：通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（“Reference Chain”）,但一个GC Roots没有任何引用链相连接时，则证明此对象是不可用的。
1.1 GC Roots对象包括
（1）虚拟机栈（栈帧的本地变量表）中引用的对象
（2）方法区中类静态属性应用的对象
（3）方法区中常量引用的变量
（4）本地方法栈JNI（即一般说的Native方法）饮用的对象
1.2 死亡对象的判定
(1)如果对象在进行可达性分析后，发现没有与GC Root相连的引用链，那他将会被第一次标记并进行一次筛选， 筛选的条件是对此对象是否有必要执行finalize()方法。
（2）但对象没有覆盖finallize 方法，或者finalize方法已被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”
（3）如果对象没有必要执行finallize方法，那么这个对象就会放置到一个叫做F-Queue的队列中，并稍有由一个Finalizer线程去执行它
（4）当线程在finalize方法中，与引用链上任何一个对象建立关联，则当在F-Queue执行第二次标记时被移除出“待回收集合”，否则被回收

二、垃圾回收算法
2.1 标记–清除（Mark-Sweep）算法
首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有的对象。 这种算法简单易行，但是很容易造成内存碎片。

2.2 复制算法
它将内存按容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块，当着一块内存用完了，就将还存活的对象复制到另一块上面，然后把已使用的内存空间同一次清理掉。这种方法分配内存简单、快捷。但是将可使用内存变为原来的一半。
IBM研究发现，新生代中的对象98%都是“朝生夕死”的。因此将内存划分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间。 每次使用Eden和其中一块Survivor空间，当回收时，将Eden和Survivor中存活的对象一次性复制到另一块Survivor空间。当survivor空间不足时，需要老年代进行分配担保。

2.3 标记–整理算法
复制收集算法在对象存活率较高时需要进行较多的复制操作，效率会变得很低。
首先标记需要回收的对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。

2.4 分代收集算法
根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般分为新生代和老年代。新生代一般有大批对象死去适用复制算法 。老年代对象存活率较高、没有额外空间对它进行分配担保，必须采用标记–清理或者标记整理 算法来回收

三、HotSpot算法实现

3.1 对象存储结构
虚拟机应当有办法直接知道那些地方存放着对象引用，在HotSpot中使用一组成为OopMap的数据结构来达到目的。

3.2 GC发生的时机
gc的发生应该以最大限度的减少对正常程序的运行为目的。在到达一些特定的地方时才开始gc， 这些地方称为“安全点”。安全点的选择以“是否让程序具有长时间运行的特征”为标准进行选定。
安全区域是指在一段代码中，引用关系不会发生变化。在这个区域中任何地方开始GC都是安全的。

当Gc发生时让程序跑到最近的安全点在停顿下来。这里有两找方案
（1）抢占式 :当gc发生时，首先把所有的线程全部中断，如果发现有线程不在安全点上，就恢复线程，让它运行到安全点上。现在几乎没有虚拟机实现采用抢占式中断来暂停线程从而响应GC事件
（2）主动式：当gc需要中断线程时，不直接对线程操作，仅仅简单的设置一个标志，各个线程执行时主动去轮询这个标志，发现中断为真时就自己中断挂起

3.3 垃圾收集器
垃圾收集器按新生代和老年代分为两种
新生代： Serial，ParNew， Parallel Scavenge
老年代：CMS， SerialOld, Parallel Old
两个都能使用：G1

3.3.1 Serial
新生代采用标记复制算法，需要暂停所有用户线程

3.3.2 parNew
新生代，采用标记复制算法，在进行GC时使用多线程， 需要暂停所有用户线程

3.3.3 Parallel Scavenge
新生代，采用标记复制算法， 在GC时使用多线程，需要暂停所有用户线程，同时它关注吞吐量。

3.3.4 Serial Old
老年代，采用标记整理算法， 需要暂停整个用户线程

3.3.5 Parallel Old
老年代，多线程标记整理算法，需要暂停整个用户线程

3.3.6 CMS（Concurrent Mark Sweep）
是一种获取最短停顿时间为目的的收集器。它将整个过程分为4个步骤：
（1）初始标记（CMS initial mark）
（2）并发标记（CMS concurrnet mark）
（3） 重新标记（CMS remark）
（4）并发清除（CMS concurrent sweep）
初始标记只标记GC root能直接关联的对像。 并发标记则采用多线程跟踪对象。 重新标记这是并发标记过程中出现变化的对象。初始标记和重新标记也需要暂停所有用户信息。

3.3.7 G1收集器
采用标记整理算法，可以使用在老年代也可以是新生代。整个过程也分为4个步骤
（1）初始标记 （initial Marking）
（2）并发标记 （Concurrnet Marking）
（3）最终标记 （Final Marking）
（4）筛选回收 （Live Data Counting and Evacuation）
初始标记阶段只标记和GC roots直接连接的对象。并发标记阶段是从GC Roo开始对堆中对象进行可达性分析。最终标记则是为了修正并发标记期间用户程序导致标记产生变化那一部分标记记录。筛选回收这是对各个region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划。

4 内存分配和回收策略
（1）对象优先在Eden分配
（2）大对象直接进入老年代
（3）长期存活的对像进入老年代
（4）动态对象年龄判断 如果在 Survivor空间中相同年龄所有对象大小总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就直接进入老年代
（5）空间分配担保 虚拟机会先检查老年代最大可用连续空间是否大于新生代所有对象总空间， 如果条件成立，那么Minor GC 可以确保是安全的。如果不成立，着虚拟机会查看HandlerPromotionFailure 设置值是否允许担保失败。 如果允许，那么会继续检查，老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于这尝试一次Minor Gc。如果小于，或者HandlerPromotionFailure设置不允许冒险，那这时要改为进行一次Full gc.