GC回收机制与分代回收策略

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堆和方法区考虑回收的问题，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的就是这部分内存。

什么是垃圾

所谓垃圾就是内存中已经没有用的对象。 既然是”垃圾回收”，那就必须知道哪些对象是垃圾。Java 虚拟机中使用一种叫作”可达性分析”的算法来决定对象是否可以被回收。可达性分析通过一组名为”GC Root”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，最后通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收。

GCRoot对象

在Java中，有以下几种对象可以作为GCRoot：

  1. Java虚拟机栈（局部变量表）中的引用的对象;
  2. 方法区中静态引用指向的对象;
  3. 仍处于存活状态中的线程对象;
  4. Native 方法中 JNI 引用的对象。

什么时候回收

不同的虚拟机实现有着不同的GC实现机制，但是一般情况下每一种GC实现都会在以下两种情况下触发垃圾回收。

  1. AllocationFailure：在堆内存中分配时，如果因为可用剩余空间不足导致对象内存分配失败，这时系统会触发一次GC。

  2. System.gc()：在应用层，Java 开发工程师可以主动调用此 API 来请求一次 GC。

    JVM分代回收策略

    Java虚拟机根据对象存活的周期不同，把堆内存划分为几块，一般分为新生代、老年代，这就是JVM的内存分代策略。注意:在HotSpot中除了新生代和老年代，还有永久代。

    分代回收的中心思想就是：对于新创建的对象会在新生代中分配内存，此区域的对象生命周期一般较短。如果经过多次回收仍然存活下来，则将它们转移到老年代中。

    年轻代（YoungGeneration）

    新生成的对象优先存放在新生代中，新生代对象朝生夕死，存活率很低，在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集一般可以回收70%~95%的空间，回收效率很高。新生代中因为要进行一些复制操作，所以一般采用的 GC 回收算法是复制算法。

    新生代又可以继续细分为 3 部分：Eden、Survivor0（简称 S0）、Survivor1（简称S1）。这 3 部分按照 8:1:1 的比例来划分新生代。这 3 块区域的内存分配过程如下:

    1. 绝大多数刚刚被创建的对象会存放在 Eden区。当 Eden 区第一次满的时候，会进行垃圾回收。首先将 Eden 区的垃圾对象回收清除，并将存活的对象复制到 S0，此时 S1 是空的。

    2. 下一次 Eden 区满时，再执行一次垃圾回收。此次会将 Eden 和 S0 区中所有垃圾对象清除，并将存活对象复制到 S1，此时 S0 变为空。

    3. 如此反复在 S0 和 S1之间切换几次（默认 15 次）之后，如果还有存活对象。说明这些对象的生命周期较长，则将它们转移到老年代中。

      年老代（OldGeneration）

      一个对象如果在新生代存活了足够长的时间而没有被清理掉，则会被复制到老年代。老年代的内存大小一般比新生代大，能存放更多的对象。如果对象比较大（比如长字符串或者大数组），并且新生代的剩余空间不足，则这个大对象会直接被分配到老年代上。

      注意：对于老年代可能存在这么一种情况，老年代中的对象有时候会引用到新生代对象。这时如果要执行新生代GC，则可能需要查询整个老年代上可能存在引用新生代的情况，这显然是低效的。所以，老年代中维护了一个 512 byte 的 card table，所有老年代对象引用新生代对象的信息都记录在这里。每当新生代发生 GC 时，只需要检查这个 card table 即可，大大提高了性能。

      GCLog分析

      为了让上层应用开发人员更加方便的调试Java程序，JVM提供了相应的GC日志。在GC执行垃圾回收事件的过程中，会有各种相应的log被打印出来。其中新生代和老年代所打印的日志是有区别的。

      新生代GC：这一区域的GC叫作MinorGC。因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以MinorGC非常频繁，一般回收速度也比较快。

      老年代 GC：发生在这一区域的 GC 也叫作 Major GC 或者 Full GC。当出现了 Major GC，经常会伴随至少一次的 Minor GC。

      注意：在有些虚拟机实现中，Major GC 和 Full GC 还是有一些区别的。Major GC 只是代表回收老年代的内存，而 Full GC 则代表回收整个堆中的内存，也就是新生代 + 老年代。

      Java 命令的参数

      引用

      判断对象是否存活我们是通过GCRoots的引用可达性来判断的。但是JVM中的引用关系并不止一种，而是有四种，根据引用强度的由强到弱，他们分别是:强引用(StrongReference)、软引用(SoftReference)、弱引用(Weak Reference)、虚引用(Phantom Reference)。

      四种引用做简单对比

平时项目中，尤其是Android项目，因为有大量的图像(Bitmap)对象，使用软引用的场景较多。所以重点看下软引用SoftReference的使用，不当的使用软引用有时也会导致系统异常。

软引用隐藏问题

“GC overhead“,之所以会抛出这个错误，是由于虚拟机一直在不断回收软引用，回收进行的速度过快，占用的cpu过大(超过98%)，并且每次回收掉的内存过小(小于2%)，导致最终抛出了这个错误。

优化方法，合适的处理方式是注册一个引用队列，每次循环之后将引用队列中出现的软引用对象从cache中移除。

参考链接：https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=67