Java中GC原理及GC日志剖析
一.概述
學(xué)習(xí)Java的我們都知道垃圾收集(GC)，大部分人把這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)作是Java語言的伴生產(chǎn)物。事實(shí)上，GC的歷史比Java久遠(yuǎn)，1960年誕生于MIT的Lisp是第一門真正使用內(nèi)存動態(tài)分配和垃圾收集技術(shù)的語言。那我們今天就研究下垃圾收集原理。
二.對象已死嗎?
Java的垃圾回收主要是對堆內(nèi)存的回收，里面存放著Java幾乎所有的對象實(shí)例，垃圾回收之前是要確定哪些還“存活”，哪些已經(jīng)“死去”。
1.引用計(jì)數(shù)器法
給對象添加一個引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有地方對他進(jìn)行引用時計(jì)數(shù)器值➕1;當(dāng)引用失效時，計(jì)數(shù)器值就➖1，任何時候計(jì)數(shù)器值為0的時候表示對象不可能在使用的。
2.可達(dá)性分析算法
通過一系列稱為“GC Roots”的對象作為起點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)往下搜索，搜索所走過的路徑稱為“引用鏈”，當(dāng)一個對象到“GC Roots”沒有任何引用鏈相連時，則證明對象是不可用的。
代碼示例：
GC日志如下：
我們很明顯的看到GC日志中6092K->456K，意味著虛擬機(jī)并沒有因?yàn)檫@兩個對象互相引用而不回收他們，所以Java虛擬機(jī)使用的是可達(dá)性分析算法標(biāo)記的。
其實(shí)即使被可達(dá)性分析算法標(biāo)記的不可達(dá)對象也不是一定會被回收的，虛擬機(jī)會對這些對象進(jìn)行一次篩選，篩選的條件是此對象是否有必要執(zhí)行finalize()方法。當(dāng)對象沒有覆蓋finalize()方法或者finalize()已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，虛擬機(jī)將這兩種情況視為“沒有必要執(zhí)行”。如果對象被判定有必要執(zhí)行，finalize()方法是并在finalize()中與“GC Roots”建立關(guān)聯(lián)，則此對象不會被回收了。
三.垃圾回收算法
我們知道了虛擬機(jī)怎么標(biāo)記一個對象是否可用，那他怎么進(jìn)行回收的呢?其實(shí)堆內(nèi)存可以分為新生代和老年代，新生代又被劃分為一個Eden和兩個Survivor區(qū)域，他們的比例為8：1：1，不同的垃圾收集器廠商對這兩個區(qū)域給出了不同的算法。
1.新生代——復(fù)制算法
新生代對象的特點(diǎn)就是，大部分對象在一次GC中會被回收掉，所以使用的是復(fù)制算法：新生代每次創(chuàng)建對象的時候只會使用一個Eden和其中的一塊Survivor，在垃圾回收時將存活的對象復(fù)制到另外一塊Survivor區(qū)域，最后清理掉Eden和剛才的Survivor區(qū)域。
2.老年代——標(biāo)記-整理算法
老年代一般保存的是一些大對象，或者不被經(jīng)?；厥盏膶ο螅鶕?jù)特點(diǎn)使用的標(biāo)記-整理算法：如同名字一樣，算法分為“標(biāo)記”和“整理”兩個階段：首先先標(biāo)記出所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象進(jìn)行整理，將被標(biāo)記的對象都向一端移動，然后直接清理掉邊界以外的內(nèi)存。
四.HotSpot算法實(shí)現(xiàn)
上面說了我們怎么標(biāo)記對象“死亡”和怎么進(jìn)行垃圾回收的，但在HotSpot虛擬機(jī)在實(shí)現(xiàn)這些算法上是必須對算法的執(zhí)行效率進(jìn)行考量的。
1.安全點(diǎn)
在可達(dá)性分析中對執(zhí)行的時間的敏感體現(xiàn)在GC停頓上，其意思是在整個分析的過程中看起來就像被凍結(jié)在某一個時間點(diǎn)上的，不可以出現(xiàn)分析的過程中引用關(guān)系在不斷變化，如果這點(diǎn)得不到保證則分析的結(jié)果的準(zhǔn)確性就得不到保障。這點(diǎn)是導(dǎo)致在GC進(jìn)行時需要停頓所有的Java執(zhí)行線程。
當(dāng)執(zhí)行系統(tǒng)停頓下來后，虛擬機(jī)并不需要全部上下文和全局所有的位置，虛擬機(jī)通過一個OopMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在類加載的時候?qū)ο蟮钠屏繑?shù)據(jù)信息記錄下來，所以GC掃描是直接得到這些信息的。其實(shí)這些通過指令被加入進(jìn)行記載對象信息的OopMap位置也叫做安全點(diǎn)，程序執(zhí)行時并非所有點(diǎn)都可以停下來開始GC的，只有在到達(dá)安全點(diǎn)才能停頓。安全點(diǎn)機(jī)制程序執(zhí)行中，在不太長的時間內(nèi)會遇到可進(jìn)入GC的安全點(diǎn)。在實(shí)際中會遇到在GC時有線程不再執(zhí)行，例如線程被掛起了。這是我們需要安全區(qū)域去解決。
2.安全區(qū)域
安全區(qū)域是指在一段代碼片段中，引用關(guān)系不會發(fā)生變化。在這個區(qū)域中的任意地方開始GC都是安全的。在代碼執(zhí)行到安全區(qū)域時，首先表示這直接進(jìn)去安全區(qū)域，這樣虛擬機(jī)在這段時間GC時就不用管那些標(biāo)記為安全區(qū)域的線程了。當(dāng)離開安全區(qū)域時首先得判斷GC分析是否完成，沒完成則需要等待。
五.理解GC日志
這是上圖打印的GC日志
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 6092K->448K(38400K)] 6092K->456K(125952K), 0.0051702 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]
其中，PSYoungGen表示的是新生代GC不同垃圾收集器新生代名稱不一樣，6092K->448K(38400K)表示新生代大小的變化，6092K->456K(125952K)表示堆內(nèi)存的大小變化,后面表示用時。
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 448K->0K(38400K)] [ParOldGen: 8K->378K(87552K)] 456K->378K(125952K), [Metaspace: 3050K->3050K(1056768K)], 0.0056045 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]
這里表示發(fā)生在老年代的GC(Major GC/Full GC) 它只是為伴隨一次的新生代的GC(Minor GC),448K->0K(38400K)表示新生代內(nèi)存變化，8K->378K(87552K) 表示老年代GC變化，456K->378K(125952K)表示GC前后堆內(nèi)存的變化。
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