JVM与GC调优(四)-对象的生命周期和垃圾回收GC篇

Java对象的生命周期，对象从创建过程，到内存中分配方式，如何分配以及何时进入老年代相关。JVM垃圾回收

对象的生命周期

对象创建的流程

创建流程

对象内存的分配方式

内存分配的方法有两种：不同垃圾收集器不一样

• 指针碰撞(Bump the Pointer)

  内存地址是连续的（新生代），Serial 和ParNew 收集器

• 空闲列表(Free List)

  内存地址不连续（老年代），CMS 收集器和 Mark-Sweep 收集器

对象内存分配的安全问题

在并发情况下， 可能出现正在给对象A分配内存，指针还没来得及修改，对象B又同时使用了原来的指针来分配内存的情况

在JVM中有两种解决办法

• CAS 是乐观锁的一种实现方式。虚拟机采用 CAS 配上失败重试的方式保证更新操作的原子性。
• TLAB本地线程分配缓冲(Thread Local Allocation Buffer即TLAB)：为每一个线程预先分配一块内存

对象怎样才会进入老年代？

对象的分配对象情况如下

• 新生代：新对象大多数都默认进入新生代的Eden区。伊甸园（希腊神话）

• 老年代（四种情况）：

  • 存活年龄太大，默认超过15次【-XX:MaxTenuringThreshold】

  • 动态年龄判断，MinorGC之后，发现Survivor区中的一批对象的总大小大于了这块Survivor区

    的50%，那么就会将此时大于等于这批对象年龄最大值的所有对象，直接进入老年代

  • 大对象直接进入老年代，前提是Serial和ParNew收集器

  • MinorGC后，存活对象太多无法放入Survivor

空间担保机制

当新生代无法分配内存的时候，我们想把新生代的老对象转移到老年代，然后把新对象放入腾空的新生代。此种机制我们称之为内存担保。

对象的内存布局

堆内存中，一个对象在内存中存储的布局可以分为三块区域

• 对象头（Header）Java对象头占8byte。如果是数组则占12byte。因为JVM里数组size需要使用

  4byte存储

  • 标记字段MarkWord
    • 用于存储对象自身的运行时数据，它是synchronized实现轻量级锁和偏向锁的关键
    • 默认存储：对象HashCode、GC分代年龄、锁状态等等信息
    • 锁标志位的变化，存储数据发生变化
  • 类型指针KlassPoint
    • 是对象指向它的类元数据的指针，虚拟机通过这个指针来确定这个对象是哪个类的实例
    • 开启指针压缩存储空间4byte，不开启8byte
    • JDK1.6+默认开启
  • 数组长度
    • 如果对象是数组，则记录数组长度，占4个byte，如果对象不是数组则不存在
  • 对齐填充
    • 保证数组的大小永远是8byte的整数倍

• 实例数据（Instance Data）

  • 生成对象的时候，对象的非静态成员变量也会存入堆空间

• 对齐填充（Padding）

  • JVM内对象都采用8byte对齐，不够8byte的会自动补齐

如何访问一个对象

• 句柄：稳定，对象被移动只要修改句柄中的地址
• 直接指针：访问速度快，节省了一次指针定位的开销

JVM垃圾收集器

概述

什么是垃圾？

在内存中，没有被引用的对象就是垃圾

如何找到这个垃圾？

主要是2种：引用计数法和根可达算法

• 引用计数法（Reference Counting）

  • 引用计数算法不能解决循环引用问题

• 根可达算法（GCRoots Tracing）

  • 通过一系列的名为GCRoot的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的

    路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GCRoot没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，也就是不可达的

可作GCRoots的对象

• 虚拟机栈中，栈帧的本地变量表引用的对象
• 方法区中，类静态属性引用的对象
• 方法区中，常量引用的对象
• 本地方法栈中，JNl引用的对象、

回收过程

垃圾对象在死亡前至少经历两次标记

第一次标记：如果对象可达性分析后，发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记

第二次标记：第一次标记后，接着会进行一次筛选。筛选条件：此对象是否有必要执行finalize() 方法。在 finalize() 方法中没有重新与引用链建立关联关系的，将被进行第二次标记

对象引用

引用分为强引用（StrongReference）、软引用（SoftReference）、弱引用（WeakReference）、虚引用（PhantomReference）四种，这四种引用强度依次逐渐减弱

如何清除垃圾？

• Mark-Sweep 标记清除算法

• Copying 拷贝算法

• Mark-Compact 标记压缩算法

标记清除算法（Mark-Sweep）

最基本的算法，主要分为标记和清除2个阶段。首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收

掉所有被标记的对象

缺点：

• 效率不高，标记和清除过程的效率都不高

• 空间碎片，会产生大量不连续的内存碎片，会导致大对象可能无法分配，提前触发GC

拷贝算法（Copying）

现在商业虚拟机都是采用这种收集算法来回收新生代

它将可用内存按容量划分为相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完

了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉

缺点：

• 存在空间浪费

标记整理算法（Mark-Compact）

标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，然后让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。没有空间浪费，没有内存碎片化问题

缺点：

• 性能较低，因为除了拷贝对象以外，还需要对象内存空间进行压缩，所以性能较低。

分代回收（Generational Collection）

• 新生代，每次垃圾回收都有大量对象失去，选择复制算法
• 老年代，对象存活率高，无人进行分配担保，就必须采用标记清除或者标记整理算法

用什么清除垃圾

两大类，串行收集器和并行收集器。有 8 种不同的垃圾回收器

• 新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

• 老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS

• 整堆回收器：G1、ZGC

串行收集器

Serial收集器

配置参数：-XX:+UseSerialGC

特点：

• Serial新生代收集器，单线程执行，使用复制算法
• Serial Old老年代收集器，单线程执行，使用复制算法
• 进行垃圾收集时，必须暂停用户线程（挂起，Safepoint）

Safepoint挂起线程的时机：

• 循环的末尾
• 方法返回前
• 调用方法的call之后
• 抛出异常的位置

Parallel Scavenge并行收集器

配置参数：-XX:+UseParallelGC

特点：

• 吞吐量优先收集器，垃圾收集需要暂停用户线程
• 新生代使用并行回收收集器，采用复制算法
• 老年代使用串行收集器，采用标记-整理算法

Parallel Old收集器

配置参数： -XX:+UseParallelOldGC

特点：

• PS（Parallel Scavenge）收集器的老年代版本
• 吞吐量优先收集器，垃圾收集需要暂停用户线程
• 老年代使用并行收集器，采用标记-整理算法

ParNew收集器

配置参数：-XX:+UseParNewGC或者 -XX:ParallelGCThreads=n 设置并行收集器收集时使用的并行收集线程数。一般最好和计算机的CPU相当

特点：

• 新生代并行（ParNew），老年代串行（Serial Old）
• Serial收集器的多线程版本
• 单核CPU不建议使用

CMS收集器

配置参数： -XX:+UseConcMarkSweepGC

特点：

• 低延迟：减少STW对用户体验的影响
• 并发收集，可以同时执行用户线程
• 不会等到堆填满再收集，到达阈值就开始收集
• 采用标记-清除算法，所以会产生内存碎片

G1（Garbage-First）收集器（JDK1.8之后）

G1是一款面向服务端应用的垃圾收集器，大内存企业配置的垃圾收集器大多都是G1

配置参数： -XX:+UseG1GC

特点：

• 吞吐量和低延时都行的整堆垃圾收集器
• G1最大堆内存支持64GB,最小堆内存2GB
• 全局采用标记-整理算法收集，局部采用复制算法收集
• 可预测的停顿

ZGC（Z Garbage Collector）

在 JDK11 中引入的一种可扩展的低延迟垃圾收集器，在 JDK15 中发布稳定版

配置参数： -XX:+UseZGC

特点：

• 并发

• 基于 region

• 压缩

• NUMA 感知

• 使用彩色指针

• 使用负载屏障