【JVM】 垃圾回收篇——自问自答(1)

Q什么是垃圾：
运行程序中，没用任何指针指向的对象。

Q为什么需要垃圾回收？
内存只分配，不整理回收，迟早会被消耗完。

内存碎片的整理，为新对象腾出空间

没有GC程序无法正常进行。

Q 哪些区域有GC，哪些区域会有OOM异常(错误)？

堆和方法区是线程共享的，存在GC 和OOM
堆有新生代和养老代，默认比例1:2 ，
新生代分为Eden :s0:s1 默认比例 8:1:1 (实际发现JDK8是6:1:1,一度怀疑是自适应策略，结果不是)
新生代中有YGC/MinorGC, 当Eden区满的时候触发，并使用复制算法，和分代策略，将Eden区和from区的存活对象 放到to区，如果存不下，就直接晋升老年代。
其余对象在对象头的分代阈值为15时晋升到老年代。

老年代垃圾回收为MajorGC，一般是老年代满的时候会被触发。为全堆回收

方法区若发生GC，为FUllGC，此时会对全堆以及方法区进行垃圾回收。

简单一句话：频繁收集年轻代，较少收集老年代，基本不动元空间。

PC寄存器 即没用GC 也没用OOM

虚拟机栈，无GC，有OOM 当栈的大小可以被动态扩容时，申请扩容的大小已经超过了内存可以支配空间，发生OOM，
StackOverFlowError，当栈空间大小是固定的，当前栈帧没有足够空间入栈了，此时方式 SOFERROR

Q：垃圾回收相关算法

标记阶段：引用计数和可达性分析算法。目的：判断对象的存活。

引用计数：
一个对象A，有一个引用计数器。当A被任何一个对象引用了，则A的计数器加1。引用失效，引用计数器则减1。
PS：什么叫A被一个对象引用了？举个例子。

class ReferenceClass{
    //static filed
  public static  A a =new A();
}
对象(new A()),被对象 ReferenceClass的静态变量引用，我们知道类变量的初始化是在类加载三部曲的初始化阶段<clint里>，随着类卸载而消亡。
若ReferenceClass类的生命周期不结束。对象(new A())就会一直被类变量a 引用着。
这里再发散：静态变量在逻辑上是存放在方法区的，从JDK7以后，静态变量和字符串常量池就存放在了堆空间中。

引用计数法有个缺陷：循环引用问题。
注意：java在标记阶段并没有使用引用计数算法。

在分析引用、对象等问题的时候。
一定要注意一个问题，这个引用到底是在方法中(局部变量)，还是在类内的成员变量上
因为从内存解构上，局部引用是在虚拟机栈的局部变量表中的，而类内的成员变量引用，是在堆内的。

比如：
class  InstanceA{
    
    //此引用的位置是在对象内存解构中的
    Object ref =null;

    public static void main(String[] args){
        //这个引用，a1，是在局部变量表中的
        Instance a1 =new Instance();
        //这个ref 是在堆中，对象体内的
        a1.ref =a1;
        
        //操作数栈指向堆内对象的指针断开。a1.ref 是在堆内又指向自己。
        a1 =null; 
        
    }

}

Python使用的就是引用计数：解决循环引用的两个方法：
手动解除引用。
使用弱引用。

可达性分析算法：（追踪性垃圾收集）
首先要搞清楚，什么是GC Roots
GC roots 是一组集合，它包括：
1、虚拟机栈中的引用的对象
 比如 各个线程中被调用的方法中使用到的参数，局部变量等
 
2、本地方法栈引用的对象。

3、方法区静态属性引用的引用的对象。如上面的例子，A是引用类型的静态类型变量，它就是一个典型的GC root
class ReferenceClass{
    //static filed
  public static  A a =new A();
}

4、方法区中常量引用对象。
class Demo{

    String s ="abc";
    
    public void foo(){
     String ddd="XXXYYY"; //局部变量表最大slot深度为2,ddd为局部变量表中变量，XXXYYY在常量池中
    }

}

5、所有被同步锁持有的对象 同步监视器

6、java虚拟机内部的引用：
各种常驻对象，比如NUllPointerException，OOM，还有系统类加载器。基本数据类型的Class对象

关于Class对象的内存模型：

7、根据不同的垃圾收集器以及当前回收区域不同，也会有一些临时性的GC roots对象加入。
比如使用G1回收器时，新生代的region里的对象，被老年代的某些对象所引用。此时，老年代的引用，就是临时的GC Roots
即指向某一堆内存中的对象的引用(指针)，其本身与被引用对象不在一个回收的逻辑区内，它就是GC roots

为了保证GC roots的准确性，就需要在可达性分析时，内存是一个快照状态，而非运行时。保证其一致性。
此时就会产生STW stop the world。

   补问：Q 对象的finalization机制

对象终止机制：系统进行垃圾回收之前，会调用该对象的finalize()方法。
该方法是Object类所有，允许被子类所重写。用于在对象回收时进行资源释放，清理等操作。

但是注意，不要主动去调用某个对象的finalize方法，而是交给垃圾回收机制去调用（GC的finalizer守护线程）。

对象可能有三种状态：
可触及的：从根节点开始，可以到达这个对象
可复活的：无引用的对象，可以在 finalize()中复活。
不可触及的：对象的finalize()被调用，但是没用复活，此时对象为不可触及状态，finalize只能被调用一次

只有对象处于不可触及状态，才能被回收。

清除阶段：

标记-清除（mark-sweep）
注意，标记的不是垃圾，而是非垃圾(可达对象)。
两次遍历：
1、标记阶段，从根节点依次向下逐一遍历，找到所有的引用链。(递归遍历)
2、清除阶段 对堆内存从头至尾线性遍历，找到没用标记的对象，进行回收。

缺点：清理出来的空闲空间不连续，在新分配对象时候，内存分配采用空闲列表

复制算法：
原理和思路，就像我们理解的YGC的回收策略，Eden from to 来回倒腾。

注意点： 复制算法适合存活对象比较少的内存空间，如果对象过多，复制成本是很大的。
一般用在新生代回收

标记-压缩 mark-compact

在mark-sweep之后，进行了一次 压缩整理。
可以理解为mark-sweep-compact

其特点是 对象在发生了移动。
整理后，空闲区是规整的，新对象进行内存分配时候，可以进行指针碰撞，不再需要维护一个空闲列表

整体来说，复制算法最快，但是要移动对象，且浪费内存。
标记压缩速度最慢，且移动对象，但是空间开销很少，且没用内存碎片
标记清除速度中等，不需要移动对象，空间开销小，但是会产生一些内存碎片。

分代收集：
对不同生命周期的对象采取不同的收集方式，提高回收效率。
比如我们现在用的Hotspot虚拟机将对象分为：
年轻代
老年代

增量式收集：用户线程与GC线程并发执行，尽可能减少STW
其实仍是给予标记清除和 复制算法。允许垃圾收集线程以分阶段的方式，完成标记、清理或复制。
但是这样频繁进行线程和上下文切换，增大系统开销，降低系统吞吐量，而且并发执行，要处理好一致性问题，对垃圾与非垃圾要做进一步的修正标记。