JVM——垃圾回收

触发垃圾回收的方式：

• 内存不足时：堆内存不足，无法为新对象分配内存时触发垃圾回收
• 手动请求建议：调用System.gc()或Runtime.getRuntime.gc()建议垃圾回收，不保证立即执行
• 设置JVM参数：-Xmx（最大堆内存），-Xms（初始堆内存），-Xmn（新生代内存）
• 自定义阈值：不同垃圾回收器内部实现了不同策略，设置对应的对象数量或内存空间阈值

判断对象是否为垃圾的方法有哪些？

引用计数法:

• 原理：为每个对象分配一个引用计数器，每当有一个地方引用该对象，计数器加1，每当引用变量被移除或指向其他对象时，计数器减1。计数器为0时表示没有引用，可以被回收。
• 缺陷：不能解决循环引用问题，即两个对象互相引用或引用链成环，即使这些对象不被使用也无法被回收

可达性分析算法：

原理：从一组GC root（垃圾收集根）对象出发，向下追溯引用链（类似于深度搜索），若某个对象不与任何引用链相连，那么就认为这个对象是不可达的，可以被回收。

GC root包含：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
• 本地方法栈中引用的对象
• 方法区中静态属性对象和常量对象
• 持有锁的对象

垃圾回收算法有哪些？

标记—清除算法：

• 原理：利用可达性分析标记出需要回收的所有对象，再统一回收
• 缺陷：标记和清除的过程效率都不高，且清除结束后容易产生大量碎片化空间，不利于空间的再利用。

复制算法：

• 原理：将内存分为两部分（from和to区域），每次申请内存时使用其中一块（作为from区域）。在可达性分析的过程中将存活对象按顺序紧凑复制到to区域（空闲内存块）中。最后清理from和Eden区域。
• 缺陷：每次只能使用一半的内存，内存利用率低。无需显式清除垃圾对象，存活对象较多时由于复制较多导致效率较低

标记—整理（压缩）算法：

• 原理：标记过程与标记—清除算法一致，但标记后不会立即清理，而是将所有存活对象都移动到内存的一端。移动结束后直接清理剩余部分。

分代回收算法：

• 将内存划分为新生代和老年代。分配依据是对象的生命周期。对象创建时会在新生代中申请内存，新生代的每次GC都会使存活下来的对象年龄+1，当年龄超过阈值（默认15）时会将对象晋升到老年代中。（若幸存区内存超过百分之50也会直接将年龄较大的对象直接晋升到老年代中，避免频繁GC）

STW（stop the world）

STW会暂停所有用户线程（如业务逻辑、IO操作），以确保GC准确识别存活对象与垃圾。

否则可能导致以下问题：

垃圾回收器有哪些？

响应速度优先是什么：

单次STW时间更短但更频繁或允许用户线程和GC线程并发，对客户端交互的响应速度更快。

吞吐量优先是什么：

单次STW时间更长，但次数少，适合计算量大且交互不多的场景。

CMS回收器详解：

老年代的一种并发低延迟垃圾回收器，旨在减少STW时间，适用于响应时间敏感的服务

核心特点：

• 并发标记清理：
• 标记—清除算法：
• 分代回收：通常与parNew配合使用

工作流程：

1、初始标记（STW）：

• 快速标记GC Roots对象，STW时间极短

2、并发标记：

• 递归遍历引用链，标记所有存活对象
• 并发执行，不阻塞用户线程
• 由于用户线程可能修改引用，导致“浮动垃圾”（本次GC无法回收）

3、重新标记（STW）：

• 修正并发时用户线程更改的引用（关注新增引用，防止回收新的存活对象，但无法避免浮动垃圾）
• 比初始标记时间稍长，但比full GC短

4、并发清除：

• 清除未标记对象，回收内存，但会产生碎片化内存
• 并发执行，不阻塞用户线程

Full GC（失败退化）

• 长期碎片化内存堆积可能导致晋升失败，退化为Serial Old GC（单线程标记—整理），大幅增加STW时间

G1回收器详解：

独特动态内存模型：

不再物理严格划分代，而是逻辑保留代的概念，通过Region（区域）动态填充

G1将堆划分为多个固定大小的Region（1mb~32mb，可通过-XX：GHeapRegionSize调整），并动态分配给不同代：

• Eden Regions（伊甸区）
• Survivor Regions（幸存区）
• Old Regions（老年代）
• Humongous Regions（存放超过Region大小50%的对象）

优势：

• 避免全堆回收，只回收包含垃圾最多的Region
• 大对象单独存储，减少复制开销

工作流程：

回收过程分为Minor GC和Mixed GC，并最终可能触发full GC（应该尽量避免）

Minor GC（STW）

类似于ParNew回收器，但是使用Region

• Eden区满时触发
• 并行标记存活对象（STW）
• 复制存活对象（STW）到Survivor区或Old区
• 清空Eden区和from区，调整Region布局

并发标记周期（类似于CMS的回收流程）

• 老年代达到阈值（-XX：InitiatingHeapOccupancyPercent，默认45%）时执行

1、初始标记（STW）：

• 快速标记GC Roots对象，STW时间极短

2、并发标记：

• 递归遍历引用链，标记所有存活对象
• 并发执行，不阻塞用户线程
• 由于用户线程可能修改引用，导致“浮动垃圾”（本次GC无法回收）

3、最终标记（STW）：

• 修正并发时用户线程更改的引用（关注新增引用，防止回收新的存活对象，但无法避免浮动垃圾）

4、统计存活对象

• 统计Region的存活对象，为Mixed GC做准备

Mixed GC（STW）

• 并发标记完成后，选择垃圾比例高的Region进行回收
• 复制存活对象到空闲Region（类似Minor GC）
• 清理垃圾Region，调整内存布局

Full GC（失败回退）

• 并发模式失败（回收速度跟不上分配速度）或堆内存不足时触发
• 退化为Serial Old（单线程标记—整理），STW时间长

G1与CMS的对比：

使用范围不同：

• CMS是老年代收集器
• G1收集范围是新生代和老年代

STW时间：

• CMS以最小的停顿时间为目标
• G1可预测垃圾回收的停顿时间，兼顾响应速度和吞吐量

垃圾碎片：

• CMS会产生碎片化内存
• G1使用的是复制算法，无碎片化内存

跨代引用及优化方式

跨代引用指新生代和老年代对象间可能存在互相引用的关系，在执行minor gc时就需要进行全堆扫描来确定幸存对象

解决方案：

1、记忆集：

记录老年代区域指向新生代区域的引用，直接加入到GC roots中

2、卡表：

• 记忆集的具体实现，将老年代划分为多个卡页（默认512字节）
• 写屏障：引用变动时动态更新卡表，标记脏卡
• minor GC扫描时只需要扫描脏卡页而无需全堆扫描

3、RSet：

• G1回收器对记忆集的具体实现，类似于卡表
• Region内部会记录其他Region对当前Region对象的引用

并发标记时的并发安全：

CMS增量更新：

• 当出现黑色对象新增与白色对象的引用时，写屏障会拦截这一操作，并将该黑色对象加入增量更新队列中
• 重新标记阶段，CMS会遍历增量更新队列，将黑色对象降级为灰色重新扫描引用链，避免漏标

G1快照（satb）：

• 记录并发标记开始前的引用关系作为快照，写屏障会拦截引用更新（覆盖或删除）并记录旧引用
• 若出现快照中不存在的新对象，则直接标记为存活状态（隐式标记，不染色）
• 对于引用删除，写屏障会记录旧引用，并加入satb队列中，在最终标记阶段，会将队列中存在于快照的对象标记为黑色，避免漏标