JVM垃圾回收相关概念

目录

一、System.gc()的理解

二、内存溢出与内存泄露

（一）OOM

（二）内存泄露

三、StopTheWorld

四、垃圾回收的并行与并发

五、安全点与安全区域

（一）安全点

（二）安全区域

六、引用

（一）强引用

（二）软引用

（三）弱引用

（四）虚引用

（五）终结器引用

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一、System.gc()的理解

System.gc或Runtime.getRuntime().gc()的调用，会显示触发FullGC，同时会对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢对象占用的内存。然而System.gc调用无法保证对垃圾收集器的调用，即运行这行代码并不一定会产生垃圾回收。

一些特殊情况下，比如编写性能基准，我们可以在运行之间调用System.gc

二、内存溢出与内存泄露

（一）OOM

1、java 虚拟机的堆内存设置不够

2、代码创建大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）

（二）内存泄露

只有对象不再被程序用到了，但是GC又不能回收他们的情况，才叫内存泄露

实际情况有一些疏忽导致对象的生命周期变的很长甚至OOM，宽泛意义上的内存泄露

举例

• 单例的生命周期和程序是一样长，如果单例程序中，持有对外部对象的引用的话，那么这个外部对象是不能被回收的，导致内存泄露
• 一些提供close的资源未关闭导致内存泄露，如数据库链接，网络链接，和IO

三、StopTheWorld

指的是在垃圾回收线程工作时停止用户线程的一种情况，也称为STW。

四、垃圾回收的并行与并发

首先理解最基本的并行与并发

并发：同一时间段内，几个程序都在同一个处理器上运行   CPU切换

并行：一个CPU执行一个进程时，另一个CPU可以执行另一个进程，两个进程互相不抢占资源，可以同时进行，我们称之为并行      并行因素取决于CPU的核心数量

并发的多个任务之间抢占资源，并行多个任务之间不互相抢占资源

垃圾回收器中的

• 串行指的是单个垃圾回收线程串行执行，例如Serial收集器
• 并行指的是多个垃圾回收线程并行执行，例如ParNew收集器
• 并发指的是垃圾回收线程和用户线程并发执行，例如CMS收集器

五、安全点与安全区域

（一）安全点

程序执行并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为安全点

有了安全点的设定，也就决定了用户程序执行时 并非在代码指令流的任意位置都能够停顿下来开始垃圾收集，而是强制要求必须执行到达安全点后才能够暂停。因此，安全点的选定既不能太少以至于让收集器等待时间过长，也不能太过频繁以至于过分增大运行时的内存负荷。安全点位置的选取基本上是以“ 是否具有让程序长时间执行的特征 ” 为标准进行选定的，因为每条指令执行的时间都非常短暂，程序不太可能因为指令流长度太长这样的原因而长时间执行，“ 长时间执行 ” 的最明显特征就是指令序列的复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等都属于指令序列复用，所以只有具有这些功能的指令才会产生安全点。

对于安全点，另外一个需要考虑的问题是，如何在垃圾收集发生时让所有线程（这里其实不包括

执行 JNI 调用的线程）都跑到最近的安全点，然后停顿下来。这里有两种方案可供选择：抢先式中断 （Preemptive Suspension ）和主动式中断（ Voluntary Suspension ）

• 抢先式中断
  • 中断所有线程，如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点
  • 没有虚拟机采用
• 主动式中断
  • 设置一个中断标志，各个线程运行到安全点的时候，主动轮询这个标志，如果标志为真，则将自己进行中断挂起

（二）安全区域

如果线程处于sleep或者blocked状态，这时候线程无法响应jvm中断请求，走到安全点去中断挂起。对于这种情况，就需要安全区域来解决

安全区域是指在一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中任何位置开始GC都是安全的。

当线程运行到安全区域代码时，首先标志已经进入了安全区域，如果GC，JVM会忽略标识为安全区域状态的线程

当线程即将离开安全区域时，会检查JVM是否已经完成GC，如果完成了，则继续运行。否则线程必须等待直到收到可以安全离开安全区域的信号为止

六、引用

Java中有五种引用

（一）强引用

强引用是最传统的引用定义，程序代码中普遍存在的引用赋值，类似new Object这种引用关系，无论任何情况下，强引用存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象

强引用是造成java内存泄露的主要原因之一，强引用可以直接访问目标对象

（二）软引用

若某个对象被软引用，当gc一次后内存仍然紧张时，该对象在第二次gc会被回收

（三）弱引用

若某个对象被弱引用，当gc发生时，该对象会被回收

注：软和弱引用不一定要配合引用队列（引用队列：每个引用自身也会占用一定的内存，当其指向的对象被垃圾回收时，也可以将引用入队，然后通过referenceHandler来定期查看队列是否有新的引用入队，然后进行清除引用回收内存）

（四）虚引用

一个对象是否有虚引用存在，完全不会对其生存时间构成影响。唯一目的就是在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。它不能单独使用，也无法通过虚引用获取被引用的对象。

比如bytebuffer被回收时，其分配的直接内存没有释放，此时虚引用入队，Cleaner通过底层调用Unsafe.freeMemory()方法来释放直接内存（由Reference Handler线程调用虚引用相关方法释放直接内存）

（五）终结器引用

Object有一个finallize方法。当我们重写该方法且该对象没有强引用指向它时，虚拟机会生成一个终结器引用，在第一次gc的时候将引用加入引用队列（此时对象并没有被回收），然后会有一个优先级较低的finallizeHandler线程查看队列是否有终结器引用，如果有就调用其指向对象的finallize终结方法，然后下一次gc的时候该对象和对应的终结器引用就可以被回收了

注：虚和终结器引用一定要配合引用队列