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vivo 的面試難度如何？

下面就分享一位校招同學(xué)在 vivo Java 后端崗位面試中就有問(wèn)到 JVM 垃圾回收算法以及這些算法分別用在哪些垃圾收集器？

vivo 一面

JVM 垃圾回收時(shí)自動(dòng)管理內(nèi)存的一種機(jī)制，用于釋放不再使用的對(duì)象所占用的內(nèi)存空間。
一般是通過(guò)兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

1. 標(biāo)記階段：識(shí)別可回收的垃圾對(duì)象。
2. 清除階段：回收標(biāo)記為垃圾的對(duì)象所占的內(nèi)存。

下面我們先來(lái)看下垃圾的標(biāo)記是如何實(shí)現(xiàn)的。

垃圾標(biāo)記方式

通常，標(biāo)記垃圾有兩種方式：引用計(jì)數(shù)和可達(dá)性分析。

引用計(jì)數(shù)

通過(guò)維護(hù)每個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)來(lái)判斷對(duì)象是否可以被回收。當(dāng)有一個(gè)指針引用它，那么引用計(jì)數(shù)+1，當(dāng)引用計(jì)數(shù)為 0 時(shí)，表示沒(méi)有被對(duì)象引用，可以被回收。

但是引用計(jì)數(shù)會(huì)存在一個(gè)問(wèn)題，就是對(duì)象互相引用會(huì)導(dǎo)致-循環(huán)引用，形成一個(gè)環(huán)狀，這樣在這個(gè)循環(huán)引用的環(huán)內(nèi)所有對(duì)象的引用次數(shù)至少都為 1，那么這些對(duì)象永遠(yuǎn)無(wú)法被回收了。

可達(dá)性分析算法

Java 采用的也是這一種，可達(dá)性分析算法表示從 GC Roots 為起點(diǎn)，開(kāi)始查找存活對(duì)象，在查找過(guò)的路徑稱為引用鏈，所有能訪問(wèn)到對(duì)象標(biāo)記為“可達(dá)”，無(wú)法訪問(wèn)到的對(duì)象就是不可達(dá)，也就是可以被回收的垃圾。

哪些可以作為 GC ROOTS 對(duì)象呢?

1. 虛擬機(jī)棧的引用：方法中的局部變量。
2. 方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性、常量引用的對(duì)象。
3. JNI（Java Native Interface)引用：本地方法持有的對(duì)象引用。
4. 正在被線程引用的對(duì)象。

那么在找到垃圾后，如何進(jìn)行回收垃圾呢？

垃圾回收算法

標(biāo)記-清除算法

主要分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段，標(biāo)記存在引用的對(duì)象，回收未被標(biāo)記的對(duì)象空間。

存在問(wèn)題：

• 效率不高，因?yàn)樾枰獦?biāo)記的對(duì)象太多。
• 存在大量不連續(xù)的空間碎片

復(fù)制算法

主要是將內(nèi)存分為大小相同的兩部分，每次只使用其中一個(gè)，當(dāng)其中一個(gè)的內(nèi)存使用完時(shí)，把存活的對(duì)象復(fù)制到另一邊去，然后把剩下的空間清理掉。

這樣可以提高一定效率，但缺點(diǎn)是內(nèi)存空間使用不高。

標(biāo)記-整理算法

標(biāo)記過(guò)程和“標(biāo)記-清除”算法一致，但在回收階段，它是讓所有存活的對(duì)象移動(dòng)至一端，然后清理掉邊界以外的對(duì)象。

分代收集算法

分代收集算法主要是將 Java 堆分為年輕代和老年代兩個(gè)區(qū)域。

• 年輕代：年輕代的絕大多數(shù)對(duì)象都是朝生夕亡的，每次回收只需要關(guān)注如何保存少量存活的對(duì)象，而不是標(biāo)記大量即將回收的對(duì)象。
• 老年代：老年代的絕大多數(shù)對(duì)象是存活時(shí)間較長(zhǎng)的對(duì)象。

垃圾收集器

垃圾收集器是 JVM 中對(duì)垃圾回收算法的具體實(shí)現(xiàn)。

Serial 收集器

Serial（串行）收集器是最基本的垃圾收集器了，它是一個(gè)單線程收集器，進(jìn)行垃圾回收時(shí)，只會(huì)用一個(gè)線程去完成垃圾回收工作，同時(shí)會(huì)讓其他所有的工作線程停止（Stop The World），等待它執(zhí)行完成。

Parallel Scavengel 收集器

Parallel Scavengel 收集器其實(shí)就是 Serial 的多線程版本，使用多線程進(jìn)行垃圾回收，而它的系統(tǒng)吞吐量自然也是比 Serial 的要高。

ParNew 收集器

ParNew 收集器和 Parallel Scavengel 收集器十分類似，通常會(huì)和 CMS 結(jié)合使用，新生代采用它完成垃圾回收。

CMS 收集器

CMS，Concurrent Mark Sweep，是一款追求以最短回收時(shí)間為目標(biāo)的垃圾收集器，注重提升用戶體驗(yàn)，它是第一次實(shí)現(xiàn)了同時(shí)讓垃圾回收線程和用戶線程一起工作。

CMS 是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的，它的運(yùn)作過(guò)程有以下幾個(gè)步驟：

• 初始標(biāo)記：暫停所有的線程，記錄下 GC Roots 直接引用到的對(duì)象，這個(gè)過(guò)程耗時(shí)非常短。
• 并發(fā)標(biāo)記：這個(gè)過(guò)程是和用戶線程并發(fā)運(yùn)行的，就是從 GC Roots 直接引用對(duì)象開(kāi)始遍歷，雖然耗時(shí)較長(zhǎng)，但也不影響用戶程序，但是會(huì)存在一個(gè)問(wèn)題就是，因?yàn)橛脩艟€程是不暫停的（Stop The World），可能有些已經(jīng)標(biāo)記過(guò)的對(duì)象狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變。
• 重新標(biāo)記：這個(gè)過(guò)程就是為了修正上一階段因?yàn)橛脩艟€程導(dǎo)致的已經(jīng)標(biāo)記過(guò)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變的記錄，主要處理多標(biāo)、漏標(biāo)問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程會(huì)比初始標(biāo)記階段的耗時(shí)長(zhǎng)，但也遠(yuǎn)低于并發(fā)標(biāo)記階段。
• 并發(fā)清理：和用戶線程并發(fā)運(yùn)行，GC 線程對(duì)為標(biāo)記的區(qū)域清理。
• 并發(fā)重置：重置本次 GC 的標(biāo)記數(shù)據(jù)。

從上面過(guò)程就可看出，CMS 的主要特點(diǎn)是：并發(fā)收集，延遲低。但也存在幾個(gè)缺點(diǎn)：

• 占用 CPU 資源
• 無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾，即并發(fā)清理階段中產(chǎn)生新的垃圾，只能等到下一次 GC 再清理。
• 因?yàn)樗褂玫氖恰皹?biāo)記-清除”算法，這個(gè)會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存空間碎片。
• 某些情況下，會(huì)導(dǎo)致 CMS 退化成 Serial Old 垃圾收集器，比如上一次老年代存在大量垃圾未收集完成，這時(shí)垃圾回收又被觸發(fā)。

CMS 有哪些常用的參數(shù)呢？

-XX:+UseConcMarkSweepGC，啟用 CMS 收集器，注意 JDK8 默認(rèn)使用的是 Parallel GC，JDK9 以后使用 G1 GC。

-XX:ConcGCThreads，CMS 并發(fā)過(guò)程運(yùn)行的線程數(shù)。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection，F(xiàn)ullGC 完成后再做壓縮整理，針對(duì) CMS 容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片做的優(yōu)化。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，配合上面使用，多少次 FullGC 完成后進(jìn)行壓縮，，默認(rèn)是 0，即每次都會(huì)壓縮。

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction，老年代使用達(dá)到的某個(gè)比例時(shí)會(huì)觸發(fā) FullGC，默認(rèn)是 92。

-XX:+CMSParallellnitialMarkEnabled，表示在初始標(biāo)記階段采用多線程執(zhí)行，減少 STW 時(shí)間。

-XX:+CMSParallelRemarkEnabled，表示在重新標(biāo)記階段采用多線程執(zhí)行，減少 STW 時(shí)間。

G1 收集器

G1 是一面向服務(wù)器的垃圾收集器，主要針對(duì)多處理器和大內(nèi)存的機(jī)器，在極高概率滿足 GC 停頓時(shí)間要求的同時(shí)，具備高吞吐量特性。

G1 將 Java 堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），JVM 最多可以有 2048 個(gè) Region。一般 Region 大小等于堆大小除以 2048，比如堆大小為 4096M，則 Region 大小為 2M。

G1 保留了年輕代和老年代的概念，但不再是物理隔閡了，它們都是（可以不連續(xù))Region 的集合。默認(rèn)年輕代對(duì)堆內(nèi)存的占比是 5%，如果堆大小為 4096M，那么年輕代占據(jù) 200MB 左右的內(nèi)存，對(duì)應(yīng)大概是 100 個(gè) Region。

G1 回收步驟：

• 初始標(biāo)記：暫停所有的線程，記錄下 GC Roots 直接引用到的對(duì)象，這個(gè)過(guò)程耗時(shí)非常短。
• 并發(fā)標(biāo)記：同 CMS。
• 最終標(biāo)記：和 CMS 的重新標(biāo)記一樣。
• 篩選回收：首先對(duì)各 Region 的回收價(jià)值和成本進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)用戶設(shè)定的 GC 停頓時(shí)間（-XX:MaxGCPauseMillis 參數(shù)）來(lái)制定回收計(jì)劃，比如此時(shí)又 1000 個(gè) Region 需要回收，但是用戶設(shè)置的停頓時(shí)間是 200ms，那么通過(guò)之前回收成本計(jì)算，只會(huì)回收其中部分 Region 比如 600 個(gè)，所以時(shí)間是用戶可控的?；厥账惴ㄖ饕玫膹?fù)制算法，把一個(gè) Region 存活的對(duì)象復(fù)制到另外一個(gè) Region 中，所以不會(huì)像 CMS 那樣存在內(nèi)存碎片。