JVM垃圾回收相关概念汇总

2021-02-21  本文已影响0人  乙腾

System.gc()的理解

code

public class SystemGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        new SystemGCTest();
        System.gc();//提醒jvm的垃圾回收器执行gc,但是不确定是否马上执行gc
      
    }

    //重写finalize方法，如果调用了gc那么这个方法一定会被调用
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("SystemGCTest 重写了finalize()");
    }
}

调用很多次才会出现一次调用finalize（）方法，证明gc不一定会被马上执行。
为了让一定执行gc需要配合System.runFinalization()

public class SystemGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        new SystemGCTest();
        System.gc();//提醒jvm的垃圾回收器执行gc,但是不确定是否马上执行gc
        //与Runtime.getRuntime().gc();的作用一样。
        System.runFinalization();
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("SystemGCTest 重写了finalize()");
    }
}

内存泄漏和内存溢出

内存溢出

javadoc中对OutOfMemoryError的解释是，没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多内存。
内存不够的原因

  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，但是没有显式指定JVM堆大小或者指定数值偏小。我们可以通过参数一Xms、一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也非常多见，尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合；类似intern字符串缓存占用太多空间，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. 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，所以相应的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。

notice:

n1:在抛出0utOfMemoryError之 前，通常垃圾收集器会被触发，尽其所能去清理出空间。

  1. 例如：在引用机制分析中，涉及到JVM会去尝试回收软引用指向的对象等。
  2. 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。

n2:当然，也不是在任何情况下垃圾收集器都会被触发的

比如，我们去分配一一个超大对象，类似一个超大数组超过堆的最大值，JVM可以判断出垃圾收集并不能解决这个问题，所以直接拋出OutOfMemoryError

内存泄漏(Memory Leak)

image.png

举例

notice:

常见相关报错

n1、java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

这是最典型的内存泄漏方式，简单说就是所有堆空间都被无法回收的垃圾对象占满，虚拟机无法再在分配新空间。

这种方式解决一般是根据垃圾回收前后情况对比，同时根据对象引用情况（常见的集合对象引用）分析，基本都可以找到泄漏点。

n2、java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

Perm空间被占满。无法为新的class分配存储空间而引发的异常。这个异常以前是没有的，但是在Java反射大量使用的今天这个异常比较常见了。主要原因就是大量动态反射生成的类不断被加载，最终导致Perm区被占满。

如何解决：设置 -XX:MaxPermSize=16m，或者换用JDK

n3、java.lang.StackOverflowError

一般是递归没有找到出口，或者循环调用导致。

n4、Fatal: Stack size too small

线程栈空间不够用，可以通过修改线程栈大小的方式来解决，比如设置-Xss2m。但这个配置无法解决根本问题，还要看代码部分是否有造成泄漏的部分。

n5、java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread

这个异常是由于操作系统没有足够的资源来产生这个线程造成的。
解决方式：重新设计系统减少线程数量；线程数量不能减少的情况下，通过-Xss减小单个线程大小。以便能生产更多的线程。

Stop The World

  1. Stop一the一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线程都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为STW。.
    （1）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。.
    i.分析工作必须在一个能确保一致性的快照 中进行
    ii.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V- - 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
  2. 被STW中断的应用程序线程会在完成GC之后恢复，频繁中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。
  3. STW事件和采用哪款GC无关，所有的GC都有这个事件。
  4. 哪怕是G1也不能完全避免Stop一the一world情况发生，只能说垃圾回收器越来越优秀，回收效率越来越高，尽可能地缩短了暂停时间。
  5. STW是JVM在后台自动发起和自动完成的。在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉。
  6. 开发中不要用System.gc（）；会导致Stop一the一world的发生。

垃圾回收的并行与并发

并发(Concurrent)

image.png

并行(Parallel)

image.png

二者对比

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，它们可以解释如下：

image.png image.png

安全点与安全区域

安全点(Safepoint)

如何在GC发生时，检查所有线程都跑到最近的安全点停顿下来呢？

安全区域(Safe Region)

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” 到安全点去中断挂起，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，在这个区域中的任何位置开始GC都是安全的。我们也可以把Safe Region 看做是被扩展了的Safepoint。

实际执行时:

强引用，软引用，弱引用，虚引用

[图片上传失败...(image-a90f27-1613890905521)]

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

强引用: 不回收

code

public class StrongReferenceTest {
   public static void main(String[] args) {
       StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello");
       StringBuffer str1 = str;

       str = null;
       System.gc();

       try {
           Thread.sleep(3000);
       } catch (InterruptedException e) {
           e.printStackTrace();
       }

       System.out.println(str1);
   }
}

StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello");
局部变量str指向StringBuffer实例所在堆空间，通过str可以操作该实例，那么str就是StringBuffer实例的强引用
对应内存结构：

image.png

此时,如果再运行一个赋值语句:
StringBuffer str1 = str;
对应内存结构:

image.png

本例中的两个引用，都是强引用，强引用具备以下特点：

软引用: 内存不足即回收

Object obj = new object（）； //声明强引用
SoftReference<0bject> sf = new SoftReference<0bject>（obj）；
obj = null； //销毁强引用

code

/**
 * 软引用的测试：内存不足即回收
 * -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails
 */
public class SoftReferenceTest {
    public static class User {
        public User(int id, String name) {
            this.id = id;
            this.name = name;
        }

        public int id;
        public String name;

        @Override
        public String toString() {
            return "[id=" + id + ", name=" + name + "] ";
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建对象，建立软引用
//        SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(new User(1, "songhk"));
        //上面的一行代码，等价于如下的三行代码
        User u1 = new User(1,"songhk");
        SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(u1);
        u1 = null;//取消强引用


        //从软引用中重新获得强引用对象
        System.out.println(userSoftRef.get());

        System.gc();
        System.out.println("After GC:");
//        //垃圾回收之后获得软引用中的对象
        System.out.println(userSoftRef.get());//由于堆空间内存足够，所有不会回收软引用的可达对象。
//
        try {
            //让系统认为内存资源紧张、不够
//            byte[] b = new byte[1024 * 1024 * 7];
            byte[] b = new byte[1024 * 7168 - 399 * 1024];//恰好能放下数组又放不下u1的内存分配大小 不会报OOM
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //再次从软引用中获取数据
            System.out.println(userSoftRef.get());//在报OOM之前，垃圾回收器会回收软引用的可达对象。
        }
    }
}

弱引用: 发现即回收

Object obj = new object（）； //声明强引用
WeakReference<0bject> sf = new WeakReference<0bject>（obj）；
obj = null； //销毁强引用

弱引用对象与软引用对象的最大不同就在于，当GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收软引用对象，而对于弱引用对象，GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收

code

public class WeakReferenceTest {
    public static class User {
        public User(int id, String name) {
            this.id = id;
            this.name = name;
        }

        public int id;
        public String name;

        @Override
        public String toString() {
            return "[id=" + id + ", name=" + name + "] ";
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //构造了弱引用
        WeakReference<User> userWeakRef = new WeakReference<User>(new User(1, "songhk"));
        //从弱引用中重新获取对象
        System.out.println(userWeakRef.get());

        System.gc();
        // 不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存
        System.out.println("After GC:");
        //重新尝试从弱引用中获取对象
        System.out.println(userWeakRef.get());
    }
}

虚引用: 对象回收跟踪

object obj = new object();
ReferenceQueuephantomQueue = new ReferenceQueue( ) ;
PhantomReference<object> pf = new PhantomReference<object>(obj, phantomQueue); 
obj = null;

code

public class PhantomReferenceTest {
    public static PhantomReferenceTest obj;//当前类对象的声明
    static ReferenceQueue<PhantomReferenceTest> phantomQueue = null;//引用队列

    public static class CheckRefQueue extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                if (phantomQueue != null) {
                    PhantomReference<PhantomReferenceTest> objt = null;
                    try {
                        objt = (PhantomReference<PhantomReferenceTest>) phantomQueue.remove();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (objt != null) {
                        System.out.println("追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest实例被GC了");
                    }
                }
            }
        }
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable { //finalize()方法只能被调用一次！
        super.finalize();
        System.out.println("调用当前类的finalize()方法");
        obj = this;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new CheckRefQueue();
        t.setDaemon(true);//设置为守护线程：当程序中没有非守护线程时，守护线程也就执行结束。
        t.start();

        phantomQueue = new ReferenceQueue<PhantomReferenceTest>();
        obj = new PhantomReferenceTest();
        //构造了 PhantomReferenceTest 对象的虚引用，并指定了引用队列
        PhantomReference<PhantomReferenceTest> phantomRef = new PhantomReference<PhantomReferenceTest>(obj, phantomQueue);

        try {
            //不可获取虚引用中的对象
            System.out.println(phantomRef.get());

            //将强引用去除
            obj = null;
            //第一次进行GC,由于对象可复活，GC无法回收该对象
            System.gc();
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
            System.out.println("第 2 次 gc");
            obj = null;
            System.gc(); //一旦将obj对象回收，就会将此虚引用存放到引用队列中。
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

输出

null
调用当前类的finalize()方法
obj 可用
第 2 次 gc
追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest实例被GC了
obj 是 null
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