GC垃圾回收

1.定义
GC ：Garbage Collections ，即JVM垃圾收集器，垃圾回收其实就是对那些“死亡的”对象进行其所侵占的内存的释放，让后续对象再能分配到内存，从而完成程序运行的需要。
回收的场所为堆、方法区，在堆中进行垃圾回收分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
新生区又分为：Eden区（Eden Region）、From Survivor区（Form Survivor Region）以及To Survivor（To Survivor Region）。
回收的类型分为minorGC、fullGC。

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2.回收策略

• minorGC：频繁的收集新生区

• 新生区的Eden区已满无法再创建对象时(Survivor满不会触发GC)，会触发minorGC来收集无有效引用的对象，如果此时幸存区from区为空时，将剩余存活的对象放到from区，如果Eden区再次满了时，minorGC会将Eden区和From Survivor区中无效引用的对象回收，将剩余的对象放入幸存区的To Survivor区，然后交换幸存区的From区和To区，每次minorGC回收时，会记录对象的存活次数，当To区满了时，minorGC会将存活次数超过15次的对象放入养老区，该值可调整。
  参数： -XX:MaxTenuringThreshold — 设置对象在新生代中存活的次数，默认15次

• fullGC：较少的收集养老区

• 当养老区满了无法创建对象时，fullGC即全局GC会来回收无有效引用的对象，
• 当永久代满时也会触发fullGC，会导致Class、Method元信息的卸载

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3.回收标准(对象存活判断算法)

• 给对象赋null且不再使用
• 给对象赋新值，已重新分配内存

• 引用计数法
  给对象添加一个引用计数器，当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器就减1；任何时候计数器都为0的对象就是不可能再被使用的

• 缺点：
很难解决对象之间相互引用的问题
  如下代码中myObject1和myObject2其实互相引用，他们的引用计数都为1，但是本身都是null,如果用引用计数法因为计数为1不会被GC回收，但他们本身为null，最终导致内存泄漏

 public class MyObject {
    public Object ref = null;
    public static void main(String[] args) {
        MyObject myObject1 = new MyObject();
        MyObject myObject2 = new MyObject();
        myObject1.ref = myObject2;
        myObject2.ref = myObject1;
        myObject1 = null;
        myObject2 = null;
    }
}

• 可达性分析法(根搜索算法)
  通过一系列的称为“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，当一个对象到 GC root 没有任何引用链相连(用图论的话来说，就是从 GC roots 到这个对象不可达)，则证明此对象是不可用的

• 可以作为"GC roots"的对象
  1)虚拟机栈中应用对象
  2)方法区中类静态属性的引用
  3)方法区中常量的引用对象
  4)本地方法栈中的引用对象

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4.流程-生成新对象，内存申请

• jvm先尝试在eden区分配新建对象所需的内存
• 如果内存大小足够，申请结束，否则下一步
• jvm启动新生代GC，试图将eden区中不活跃的对象释放掉，释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区
• Survivor区被用来作为Eden及old的中间交换区域，当OLD区空间足够时，Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区
• 当OLD区空间不够时，JVM会在OLD区进行full GC
• full GC后，若Survivor及OLD区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域，则出现”out of memory错误”

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5.回收条件

• MinorGC：当Eden区满了之后，触发MinorGC
• FullGC：

• 调用System.gc()，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
• 老年代空间不足
• 方法区空间不足
• 通过MinorGC后进入老年代所需的内存大于老年代可用的内存
• 当由Eden区和from区向to区复制幸存对象时，所需的内存大于to区的可用内存，则把此次复制的幸存对象转移到老年代中，当老年代剩余的空间不足以存储这些转移对象时，会触发FullGC

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6.回收算法

• 复制算法(Copying)：
新生代通常存活时间较短基于Copying算法进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和FromSpace或ToSpace之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从Eden到Survivor，最后到老年代。
  
  

• 位置：发生在新生代的Eden和FromSpace或ToSpace之间copy，新生区分为伊甸园(Eden)、幸存1区(from)、幸存2区(to)，所占的内存比例为8:1:1
• 思想：将内存分为2块，每次只用一块，当一块用完时会将幸存的对象移动到另一块内存上
• 优点：不会产生内存碎片
• 缺点：浪费内存，适用于存活率不多的，需频繁操作应用

• 标记-清除算法(Mark-Sweep)
  标记-清除算法分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。标记阶段的任务是标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就是回收被标记的对象所占用的空间。
  
  

• 位置：发生在JVM虚拟机的老年代中
• 思想：先将有效指引的对象标记，再清除未标记的对象
• 优点：相比复制算法来说不良费内存
• 缺点：效率低(因为要遍历扫描2次)，会产生内存碎片(清除后的内存是不连续的)

• 标记-整理算法(Mark-Sweep)
  为了解决Copying算法的缺陷，充分利用内存空间，提出了Mark-Compact算法。该算法标记阶段和Mark-Sweep一样，但是在完成标记之后，它不是直接清理可回收对象，而是将存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。
  
  

• 位置：发生在JVM虚拟机的老年代中
• 思想：将标记的对象连续的放到一端，将未标记的对象放到另一端，然后将未标记的对象清除
• 优点：与标记/清除算法比，内存是连续的，与复制算法比不良费内存
• 缺点：效率比复制算法低，需要多维持一个链表，用于使幸存的对象连续

• 分代收集算法（Generational Collection）
  一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。

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6.内存溢出和内存泄漏

• OutOfMemoryException 内存溢出：

• 原因：
  程序要求的内存超出了系统能分配的范围
• 条件：
  1）JVM98%的时间都花费在内存回收
  2）每次回收的内存小于2%
  并不是内存被耗空时触发，而是满足这两个条件将触发OutOfMemoryException，这将会留给系统一个微小的间隙以做一些Down之前的操作，比如手动打印Heap Dump
• 场景：
  1）堆内存溢出（OutOfMemoryError）的例子：申请了很多内存，没释放，如创建了大量的实例引用类型
  2）方法区内存溢出，是类信息、常量、静态变量等。所以如果程序加载的类过多，或者使用反射、cglib等这种动态代理生成类的技术，就可能导致该区发生内存溢出
  3）线程栈溢出，程栈时线程独有的一块内存结构，所以线程栈发生问题必定是某个线程运行时产生的错误。 一般线程栈溢出是由于递归太深或方法调用层级过多导致的

• Memory leak 内存泄漏:

• 原因：
  分配出去的内存无法回收
• 场景：
  1）长生命周期的对象持有短生命周期对象的引用，即静态集合类。例如：在static HashMap中缓存局部变量，且没清空，随时间的推移，这个map会越来越大，造成内存泄露
  2）变量不合理的作用域
  3）没有及时将对象设置为null
  4）各种连接没有显式关闭，如数据库连接、网络连接、i/o连接
  5）释放对象时没有删除监听器
• 优化：
  1）尽早释放无用对象的引用
  2）使用字符串处理，避免使用String，使用StringBUilder或使用StringBuff
  3）尽量少的使用静态变量，静态变量存放在永久代
  4）避免在循环中创建对象
  5）开启大型文件或从数据库中拿了太多的数据

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