垃圾回收相关概念概述（宋红康JVM学习笔记）

System.gc()

在默认情况下，通过System.gc()或者Runtime.getRuntime().gc()的调用，会显式触发Full GC，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。

然而System.gc()调用附带一个免责声明，无法保证对垃圾收集器的调用。

JVM实现者可以通过System.gc()调用来决定JVM的GC行为。而一般情况情况下，垃圾回收应该是自动进行的，无需手动触发，否则就太过于麻烦了。在一些特殊情况下，如我们正在编写一个性能基准，我们可以在运行之间调用System.gc()。

public class SystemGCTest{
  public static void main(){
      new SystemGCTest();
      System.gc();//提醒jvm的垃圾回收器执行gc
      System.runFinalization();
  }  
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable{
        super.finalize();
        System.out.println("SystemGCTest 重写了 finalize()");
    }
}

内存溢出

内存溢出相对于内存泄漏来说，尽管更容易被理解，但是同样的，内存溢出也是引发程序崩溃的罪魁祸首之一。

由于GC一直在发展，所有一般情况下，除非应用程序占用内增长速度非常快，造成垃圾回收已经跟不上内存消耗的速度，否则不太容易出现OOM的情况。

大多数情况下，GC会进行各种年龄段的垃圾回收，实在不行了就放大招，来一次独占式的Full GC操作，这时候会回收大量的内存，供应用程序继续使用。

javadoc中对OutOfMemoryError的解释是，没有空闲内存，并且垃圾回收器也无法提供更多内存。

首先说没有空闲内存的情况:说明Java虚拟机的堆内存不够。原因有二:

(1)Java虚拟机的堆内存设置不够

比如:可能存在内存泄漏问题:也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的

数据量，但是没有显示指定JVM堆大小或者指定数值偏小。我们可以通过参数-Xms、-Xmx来调整。

（2）代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）

对于老版本的Oracle JDK，因为永久代的大小限制是有限的，并且JVM对永久代垃圾回收（如，常量池回收、卸载不再需要的类型）非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现OutOfMemoryError也非常多件，尤其是在运行时存在大量动态信息生成的场合:类似intern字符串缓存占用太多的空间，也会导致OOM问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关:“java.lang.OutOfMemoryEoor: PermGen space”。

随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以相应的OOM有所改观，出现OOM，异常信息则变成了:“java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space”。

随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以响应的OOM有所改观，出现OOM，异常信息则变成了:“java.lang.OutOfMemoryError:Metaspace”。直接内存不足，也会导致OOM。

这里面隐含的一层意思是，在抛出OutOfMemoryError之前，通常垃圾收集器会被触发，

尽其所能区清理出空间。

例如:在引用机制分析中，设计到JVM会去尝试回收软引用指向的对象等。

在java.nio.BIts.reserveMemory()方法中，我们能清楚的看到，System.gc（）会被调用，以清理空间。

当然，也不是在任何情况下垃圾收集器都会被触发的

比如，我们去分配一个超大的对象，类型一个超大数组超过堆的最大值，JVM可以判断出垃圾收集器并不能解决这个问题,所以直接抛出OutOfMemoryError。

内存泄漏

严格来说，只有对象不会再被程序用到了,但是GC又不能回收他们的情况,才叫内存泄漏

但实际情况很多时候一些不太好的实践（或疏忽）会导致对象的生命周期变得很长甚至导致OOM也可以叫做宽泛意义上的内存泄漏

尽管内存泄漏并不会立刻引起程序崩溃，但是一旦发生内存泄漏，程序中的可用内存就会被逐步蚕食，直至耗尽所有内存，最终出现OutOfMemory异常，导致程序崩溃。

注意，这里的村塾空间并不是指物理内存，而是指虚拟内存大小，这个虚拟内存大小取决于磁盘交换区设定的大小。

StopTheWorld事件的理解

Stop-the-world,简称STW，指的是GC事件发生过程中，会产生应用程序的停顿。停顿产生时整个应用程序都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为STW.

可达性分析算法中枚举根节点(GC Roots)会导致所有Java执行线程停顿。

分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行

一致性指整个分析期间整个执行系统看起来像被冻结在某个时间点上

如果出现分析过程中对象引用关系还在不断变化，则分析结果的准确性无法保证。

被STW中断的应用程序线程会在完成GC之后恢复，频繁中弄断会让用户感觉像是网速不快造成电影卡带一样，所以我们需要减少STW的发生。

垃圾回收的并发与并行

并发和并行，在谈论垃圾收集器的上下文语境中，他们可以解释如下:

并行：指多条垃圾收集器线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。

如ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old;

串行:

相较于并行的概念，单线程执行。

如果内存不够，则程序暂停，启动JVM垃圾回收器进行垃圾回收。回收完，再启动程序的线程。

在这里插入图片描述

并发:指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾回收线程在执行时不会停顿用户程序的运行。

如CMS、G1

在这里插入图片描述

安全点与安全区域

安全点

程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始GHC，这些位置称为 “安全点（Safepoint)”。

safe Point的选择很重要，如果太少可能导致GC等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据 "'是否具有让程序长时间执行的特征"为标准比如:选择一些执行时间较长的指令作为Safe Point，如方法调用、循环跳转和异常跳转等。

如何在GC发生时，检查所有的线程都跑到最近的安全点停顿下来呢？

抢占式中断:（目前没有虚拟机采用）

首先中断所有线程。如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点。

主动式中断:

设置一个中断标志，各个线程运行到Safe Point的时候主动轮询这个标志，如果中断标志为真，则将自己进行中断挂起。

安全区域

Safepoint机制保证了程序执行时,在不太长的时间内就会遇到可进入GC的Safepoint。但是，程序"不执行"的时候呢？例如线程处于Sleep状态或Blocked状态，这时候线程无法响应JVM的中断请求，"走"到安全区去中断挂起，JVM也不太可能等待线程被唤醒。对于这种情况，就需要安全区域（Safe Region）来解决。

安全区域是指在一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个安全区域中的任何位置开始GC都是安全的。我们也可以吧Safe Region看做是被扩展的Safepoint。

实际执行时候:

当线程运行到Safe Region的代码时，首先标识已经进入了Safe Region，如果这段时间内发生GC，JVM会忽略标识为Safe Region状态的线程。

当线程即将离开Safe Region时，会检查JVM是否已经完成GC，如果完成了，则继续运行，否则线程必须等待直到收到可以安全离开Safe Region的信号为止。

Java中几种不同引用的概述

我们希望描述这样一类对象:当内存空间还足够时，则能保留在内存中：如果内存控件在进行垃圾收集后还是很紧张，则可以抛弃这些对象。

强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么区别？具体使用场景是什么？

在JDK1.2版之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用和虚引用4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

Reference子类中只有终结器引用是是包内可见的，其它3种引用类型均为public，可以在应用程序中直接使用。