垃圾标记阶段:判断对象是否存活
方式一:引用计数算法
循环引用举例
当p的指针断开的时候,内部的引用形成一个循环,这就是循环引用,从而造成内存泄漏
代码示例
我们使用一个案例来测试Java中是否采用的是引用计数算法
/**
* -XX:+PrintGCDetails
* 证明:java使用的不是引用计数算法
*
* @author shkstart
* @create 2020 下午 2:38
*/
public class RefCountGC {
//这个成员属性唯一的作用就是占用一点内存
private byte[] bigSize = new byte[5 * 1024 * 1024];//5MB
Object reference = null;
public static void main(String[] args) {
RefCountGC obj1 = new RefCountGC();
RefCountGC obj2 = new RefCountGC();
obj1.reference = obj2;
obj2.reference = obj1;
obj1 = null;
obj2 = null;
//显式的执行垃圾回收行为,这里发生GC,obj1和obj2能否被回收?
// System.gc();
}
}
-XX:+PrintGCDetails
"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java" -XX:+PrintGCDetails "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\lib\idea_rt.jar=12243:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;C:\Users\Heygo\Desktop\JVMDemo\out\production\chapter15" com.atguigu.java.RefCountGC
Heap
PSYoungGen total 76288K, used 16794K [0x000000076b380000, 0x0000000770880000, 0x00000007c0000000)
eden space 65536K, 25% used [0x000000076b380000,0x000000076c3e6850,0x000000076f380000)
from space 10752K, 0% used [0x000000076fe00000,0x000000076fe00000,0x0000000770880000)
to space 10752K, 0% used [0x000000076f380000,0x000000076f380000,0x000000076fe00000)
ParOldGen total 175104K, used 0K [0x00000006c1a00000, 0x00000006cc500000, 0x000000076b380000)
object space 175104K, 0% used [0x00000006c1a00000,0x00000006c1a00000,0x00000006cc500000)
Metaspace used 3469K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
Process finished with exit code 0
"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java" -XX:+PrintGCDetails "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\lib\idea_rt.jar=12248:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;C:\Users\Heygo\Desktop\JVMDemo\out\production\chapter15" com.atguigu.java.RefCountGC
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 15482K->776K(76288K)] 15482K->784K(251392K), 0.0008828 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 776K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->667K(175104K)] 784K->667K(251392K), [Metaspace: 3461K->3461K(1056768K)], 0.0039408 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
PSYoungGen total 76288K, used 655K [0x000000076b380000, 0x0000000770880000, 0x00000007c0000000)
eden space 65536K, 1% used [0x000000076b380000,0x000000076b423ee8,0x000000076f380000)
from space 10752K, 0% used [0x000000076f380000,0x000000076f380000,0x000000076fe00000)
to space 10752K, 0% used [0x000000076fe00000,0x000000076fe00000,0x0000000770880000)
ParOldGen total 175104K, used 667K [0x00000006c1a00000, 0x00000006cc500000, 0x000000076b380000)
object space 175104K, 0% used [0x00000006c1a00000,0x00000006c1aa6d10,0x00000006cc500000)
Metaspace used 3468K, capacity 4496K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space used 381K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K
Process finished with exit code 0
引用计数算法小结
方式二:可达性分析(或根搜索算法、追踪性垃圾收集)
可达性分析算法:也可以称为根搜索算法、追踪性垃圾收集
可达性分析算法基本思路
所谓"GCRoots”根集合就是一组必须活跃的引用,其基本思路如下:
可达性分析在官场上的裙带关系上的应用
GC Roots可以是哪些元素?
GC Roots 的总结
小技巧
由于Root采用栈方式存放变量和指针,所以如果一个指针,它保存了堆内存里面的对象,但是自己又不存放在堆内存里面,那它就是一个Root。
可达性分析算法的注意事项
对象销毁前的回调函数:finalize()
Object 类中 finalize() 源码
// 等待被重写
protected void finalize() throws Throwable { }
finalize() 方法使用的注意事项
虚拟机对象中三种可能的状态
由于finalize()方法的存在,虚拟机中的对象一般处于三种可能的状态。
finalize() 的具体过程
判定一个对象objA是否可回收,至少要经历两次标记过程:
通过 JVisual VM 查看 Finalizer 线程
代码演示 finalize() 方法
/**
* 测试Object类中finalize()方法,即对象的finalization机制。
*
* @author shkstart
* @create 2020 下午 2:57
*/
public class CanReliveObj {
public static CanReliveObj obj;//类变量,属于 GC Root
//此方法只能被调用一次
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("调用当前类重写的finalize()方法");
obj = this;//当前待回收的对象在finalize()方法中与引用链上的一个对象obj建立了联系
}
public static void main(String[] args) {
try {
obj = new CanReliveObj();
// 对象第一次成功拯救自己
obj = null;
System.gc();//调用垃圾回收器
System.out.println("第1次 gc");
// 因为Finalizer线程优先级很低,暂停2秒,以等待它
Thread.sleep(2000);
if (obj == null) {
System.out.println("obj is dead");
} else {
System.out.println("obj is still alive");
}
System.out.println("第2次 gc");
// 下面这段代码与上面的完全相同,但是这次自救却失败了
obj = null;
System.gc();
// 因为Finalizer线程优先级很低,暂停2秒,以等待它
Thread.sleep(2000);
if (obj == null) {
System.out.println("obj is dead");
} else {
System.out.println("obj is still alive");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java" "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\lib\idea_rt.jar=7188:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;C:\Users\Heygo\Desktop\JVMDemo\out\production\chapter15" com.atguigu.java.CanReliveObj
调用当前类重写的finalize()方法
第1次 gc
obj is still alive
第2次 gc
obj is dead
Process finished with exit code 0
MAT 介绍
获取 dump 文件
方式一:命令行使用 jmap
方式二:使用JVisualVM
使用JVisualVM捕捉 heap dump
/**
* @author shkstart shkstart@126.com
* @create 2020 16:28
*/
public class GCRootsTest {
public static void main(String[] args) {
List<Object> numList = new ArrayList<>();
Date birth = new Date();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
numList.add(String.valueOf(i));
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("数据添加完毕,请操作:");
new Scanner(System.in).next();
numList = null;
birth = null;
System.out.println("numList、birth已置空,请操作:");
new Scanner(System.in).next();
System.out.println("结束");
}
}
如何捕捉堆内存快照
如何使用 MAT 查看堆内存快照
使用 JProfiler 进行 GC Roots 溯源
使用 JProfiler 分析 OOM
/** * -Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError * * @author shkstart shkstart@126.com * @create 2020 15:29 */public class HeapOOM { byte[] buffer = new byte[1 * 1024 * 1024];//1MB public static void main(String[] args) { ArrayList<HeapOOM> list = new ArrayList<>(); int count = 0; try{ while(true){ list.add(new HeapOOM()); count++; } }catch (Throwable e){ System.out.println("count = " + count); e.printStackTrace(); } }}
-Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
"C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\bin\java" -Xms8m -Xmx8m -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError "-javaagent:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\lib\idea_rt.jar=10461:C:\Program Files\JetBrains\IntelliJ IDEA 2017.3.1\bin" -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\cldrdata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\nashorn.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\sunpkcs11.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jfxswt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.8.0_144\jre\lib\rt.jar;C:\Users\Heygo\Desktop\JVMDemo\out\production\chapter15" com.atguigu.java.HeapOOMjava.lang.OutOfMemoryError: Java heap spaceDumping heap to java_pid14608.hprof ...java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at com.atguigu.java.HeapOOM.<init>(HeapOOM.java:12) at com.atguigu.java.HeapOOM.main(HeapOOM.java:20)Heap dump file created [7797849 bytes in 0.010 secs]count = 6Process finished with exit code 0
垃圾清除算法
当成功区分出内存中存活对象和死亡对象后,GC接下来的任务就是执行垃圾回收,释放掉无用对象所占用的内存空间,以便有足够的可用内存空间为新对象分配内存。目前在JVM中比较常见的三种垃圾收集算法是
标记-清除(Mark-Sweep)算法
标记-清除算法(Mark-Sweep)是一种非常基础和常见的垃圾收集算法,该算法被J.McCarthy等人在1960年提出并并应用于Lisp语言。
执行过程
当堆中的有效内存空间(available memory)被耗尽的时候,就会停止整个程序(也被称为stop the world),然后进行两项工作,第一项则是标记,第二项则是清除
何为清除?
这里所谓的清除并不是真的置空,而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里。下次有新对象需要加载时,判断垃圾的位置空间是否够,如果够,就存放覆盖原有的地址。
关于空闲列表是在为对象分配内存的时候提过:
标记-清除算法的缺点
复制(Copying)算法
背景
核心思想
将活着的内存空间分为两块,每次只使用其中一块,在垃圾回收时将正在使用的内存中的存活对象复制到未被使用的内存块中,之后清除正在使用的内存块中的所有对象,交换两个内存的角色,最后完成垃圾回收
把可达的对象,直接复制到另外一个区域中复制完成后,from区里面的对象就没有用了,新生代里面就用到了复制算法
复制算法的优缺点
优点
缺点
综上
即特别适合垃圾对象很多,存活对象很少的场景;例如:Young区的Survivor0和Survivor1区
复制算法的应用场景
标记-压缩(或标记-整理、Mark - Compact)算法
标记-压缩算法的执行流程
标记-压缩算法与标记-清除算法的比较
指针碰撞的说明
如果内存空间以规整和有序的方式分布,即已用和未用的内存都各自一边,彼此之间维系着一个记录下一次分配起始点的标记指针,当为新对象分配内存时只需要通过修改指针的偏移量将新对象分配在第一个空闲内存位置上,这种分配方式就叫做指针碰撞(Bump tHe Pointer)。
标记-压缩算法的优缺点
优点
缺点
对比三种清除阶段的算法
标记清除 | 标记整理 | 复制 | |
---|---|---|---|
速率 | 中等 | 最慢 | 最快 |
空间开销 | 少(但会堆积碎片) | 少(不堆积碎片) | 通常需要活对象的2倍空间(不堆积碎片) |
移动对象 | 否 | 是 | 是 |
为什么要使用分代收集算法
分代收集算法的分代依据
目前几乎所有的GC都采用分代手机算法执行垃圾回收的
在HotSpot中,基于分代的概念,GC所使用的内存回收算法必须结合年轻代和老年代各自的特点。
Hotspot CMS 回收器
增量收集算法
增量收集算法的基本思想
增量收集算法的缺点
分区算法
注意,这些只是基本的算法思路,实际GC实现过程要复杂的多,目前还在发展中的前沿GC都是复合算法,并且并行和并发兼备。