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[讨论交流] Java GC的那些事(1)

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发表于 2016-9-15 14:04:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
  前  言

  与C语言不同,Java内存(堆内存)的分配与回收由JVM垃圾收集器自动完成,这个特性深受大家欢迎,能够帮助程序员更好的编写代码,本文以HotSpot虚拟机为例,说一说Java GC的那些事。

  Java堆内存

  在《JVM 内存的那些事》一文中,我们已经知道Java堆是被所有线程共享的一块内存区域,所有对象实例和数组都在堆上进行内存分配。为了进行高效的垃圾回收,虚拟机把堆内存划分成新生代(Young Generation)、老年代(Old Generation)和永久代(Permanent Generation)3个区域。
2.jpg

  新生代

  新生代由 Eden 与 Survivor Space(S0,S1)构成,大小通过-Xmn参数指定,Eden 与 Survivor Space 的内存大小比例默认为8:1,可以通过-XX:SurvivorRatio 参数指定,比如新生代为10M 时,Eden分配8M,S0和S1各分配1M。

  Eden:希腊语,意思为伊甸园,在圣经中,伊甸园含有乐园的意思,根据《旧约·创世纪》记载,上帝耶和华照自己的形像造了第一个男人亚当,再用亚当的一个肋骨创造了一个女人夏娃,并安置他们住在了伊甸园。

  大多数情况下,对象在Eden中分配,当Eden没有足够空间时,会触发一次Minor GC,虚拟机提供了-XX:+PrintGCDetails参数,告诉虚拟机在发生垃圾回收时打印内存回收日志。

  Survivor:意思为幸存者,是新生代和老年代的缓冲区域。

  当新生代发生GC(Minor GC)时,会将存活的对象移动到S0内存区域,并清空Eden区域,当再次发生Minor GC时,将Eden和S0中存活的对象移动到S1内存区域。

  存活对象会反复在S0和S1之间移动,当对象从Eden移动到Survivor或者在Survivor之间移动时,对象的GC年龄自动累加,当GC年龄超过默认阈值15时,会将该对象移动到老年代,可以通过参数-XX:MaxTenuringThreshold 对GC年龄的阈值进行设置。

  老年代

  老年代的空间大小即-Xmx 与-Xmn 两个参数之差,用于存放经过几次Minor GC之后依旧存活的对象。当老年代的空间不足时,会触发Major GC/Full GC,速度一般比Minor GC慢10倍以上。

  永久代

  在JDK8之前的HotSpot实现中,类的元数据如方法数据、方法信息(字节码,栈和变量大小)、运行时常量池、已确定的符号引用和虚方法表等被保存在永久代中,32位默认永久代的大小为64M,64位默认为85M,可以通过参数-XX:MaxPermSize进行设置,一旦类的元数据超过了永久代大小,就会抛出OOM异常。

  虚拟机团队在JDK8的HotSpot中,把永久代从Java堆中移除了,并把类的元数据直接保存在本地内存区域(堆外内存),称之为元空间。

  这样做有什么好处?

  有经验的同学会发现,对永久代的调优过程非常困难,永久代的大小很难确定,其中涉及到太多因素,如类的总数、常量池大小和方法数量等,而且永久代的数据可能会随着每一次Full GC而发生移动。

  而在JDK8中,类的元数据保存在本地内存中,元空间的最大可分配空间就是系统可用内存空间,可以避免永久代的内存溢出问题,不过需要监控内存的消耗情况,一旦发生内存泄漏,会占用大量的本地内存。

  ps:JDK7之前的HotSpot,字符串常量池的字符串被存储在永久代中,因此可能导致一系列的性能问题和内存溢出错误。在JDK8中,字符串常量池中只保存字符串的引用。

  如何判断对象是否存活

  GC动作发生之前,需要确定堆内存中哪些对象是存活的,一般有两种方法:引用计数法和可达性分析法。

  1、引用计数法

  在对象上添加一个引用计数器,每当有一个对象引用它时,计数器加1,当使用完该对象时,计数器减1,计数器值为0的对象表示不可能再被使用。

  引用计数法实现简单,判定高效,但不能解决对象之间相互引用的问题。
  1. public class GCtest {
  2.     private Object instance = null;
  3.     private static final int _10M = 10 * 1
复制代码

  通过添加-XX:+PrintGC参数,运行结果:
  1. [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 26982K->1194K(75776K)] 26982K->1202K(249344K), 0.0010103 secs]
复制代码

  从GC日志中可以看出objA和objB虽然相互引用,但是它们所占的内存还是被垃圾收集器回收了。

  2、可达性分析法

  通过一系列称为 “GC Roots” 的对象作为起点,从这些节点开始向下搜索,搜索路径称为 “引用链”,以下对象可作为GC Roots:

  • 本地变量表中引用的对象
  • 方法区中静态变量引用的对象
  • 方法区中常量引用的对象
  • Native方法引用的对象

  当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链时,意味着该对象可以被回收。
1.jpg

  在可达性分析法中,判定一个对象objA是否可回收,至少要经历两次标记过程:

  • 1、如果对象objA到 GC Roots没有引用链,则进行第一次标记。
  • 2、如果对象objA重写了finalize()方法,且还未执行过,那么objA会被插入到F-Queue队列中,由一个虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程触发其finalize()方法。finalize()方法是对象逃脱死亡的最后机会,GC会对队列中的对象进行第二次标记,如果objA在finalize()方法中与引用链上的任何一个对象建立联系,那么在第二次标记时,objA会被移出“即将回收”集合。

  看看具体实现
  1. public class FinalizerTest {
  2.     public static FinalizerTest object;
  3.     public void isAlive() {
  4.         System.out.println("I'm alive");
  5.     }

  6.     @Override
  7.     protected void finalize() throws Throwable {
  8.         super.finalize();
  9.         System.out.println("method finalize is running");
  10.         object = this;
  11.     }

  12.     public static void main(String[] args) throws Exception {
  13.         object = new FinalizerTest();

  14.         // 第一次执行,finalize方法会自救
  15.         object = null;
  16.         System.gc();

  17.         Thread.sleep(500);
  18.         if (object != null) {
  19.             object.isAlive();
  20.         } else {
  21.             System.out.println("I'm dead");
  22.         }

  23.         // 第二次执行,finalize方法已经执行过
  24.         object = null;
  25.         System.gc();

  26.         Thread.sleep(500);
  27.         if (object != null) {
  28.             object.isAlive();
  29.         } else {
  30.             System.out.println("I'm dead");
  31.         }
  32.     }
  33. }
复制代码

  执行结果:
  1. method finalize is running
  2. I'm alive
  3. I'm dead
复制代码

  从执行结果可以看出:

  第一次发生GC时,finalize方法的确执行了,并且在被回收之前成功逃脱;

  第二次发生GC时,由于finalize方法只会被JVM调用一次,object被回收。

  当然了,在实际项目中应该尽量避免使用finalize方法。

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