复习：垃圾回收的主要区域就是 JVM 堆，也称堆内存。堆内存和方法区共同组成线程的共享区域。方法区存放类，堆存放对象。方法区在 JDK 1.8时被移动到本地内存中，不会收到 JVM 内存的限制。

类和对象的创建过程？线程私有区域有哪些？分别有什么用？

JVM内存总图

JVM 堆主要存放的是对象，它主要分为新生代和老年代(JDK1.8之前还有永久代暂时不做考虑)，新生代又分为Eden和2个Suivivor区域。

分代回收机制_3代

  1. Minor GC / Young GC：Eden放不下新创建的对象时触发，负责对新生代回收。
    Minor GC一般是用标记-复制算法，因为对象存活时间比较短。该算法首先回收Eden和Survivor中的垃圾对象，并将存活对象的年龄+1复制到空闲的S区；这些存活对象也可能被放到老年代去，具体得看对象的年龄阈值和S区剩余空间，即动态年龄计算。
    动态年龄计算：将S区的对象大小，从小到大依次累加，直到S区空间的一半，此时取min{该对象的年龄,年龄阈值}作为进入老年代的年龄基准；如果Eden区的对象太大，则直接放到老年代。

  2. Major GC / Old GC：负责对老年代进行回收，但除了CMS垃圾回收器之外，都是在Full GC时对老年代回收的

  3. Full GC：整堆回收，也会对方法区进行垃圾收集；会在 老年代空间不足/元空间不足/堆分配担保失败 时触发，包含Minor和Major GC，还包括回收方法区。

不同对象的存活时长是不一样的，也就可以针对不同的对象采取不同的垃圾回收算法，默认几乎所有的垃圾收集器都是采用分代收集算法进行垃圾回收的。

我们会把堆分为新生代和老年代：

  • 新生代中的对象存活时间比较短，那么就可以利用复制算法，它适合垃圾对象比较多的情况。
  • 老年代中的对象存活时间比较长，所以不太适合用复制算法，可以用标记-清除或标记-整理算法，比如：
    • CMS垃圾收集器采用的就是标记-清除算法
    • Serial Old垃圾收集器采用的就是标记-整理算法

方法区的回收

主要包含类卸载和运行时常量池回收，常量池(例如字符串字面量，类型/字段/方法的符号引用)的回收往往随着类卸载一同进行。需要判断是否还有被引用/

引用和死亡

死亡判断方法_2种

在垃圾回收之前，得标记哪些对象需要被回收，有2种方法：

  1. 引用计数法：操作简单，但是无法解决循环引用的问题，因此基本不使用；
  2. 可达性分析法
    以GC Roots作为起始点，一层层找所引用的对象，被找到的对象就是存活对象，不可达对象就是垃圾对象；
  3. 可以作为GC Roots的对象：
    1. 虚拟机栈(栈帧的局部变量表)引用的对象
    2. 本地方法栈(Native方法)引用的对象(Native方法也能引用Java对象)
    3. 方法区中类静态属性引用的对象
    4. 方法区中常量属性引用的对象
    5. 所有被同步锁持有的对象
    6. JNI（Java Native Interface）引用的对象

引用类型_4种

  1. 强引用：程序代码中普遍存在的引用赋值，垃圾回收器绝不会回收具有强引用的对象。
  2. 软引用：比强引用弱一点，它主要用于实现内存敏感的缓存。当内存充足时，软引用对象不会被回收；只有当内存不足时，才会被回收。例如一些图片缓存，示例如下，需要添加-Xmx64m命令，表示jvm内存最大为64MB：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
// 1. 创建软引用对象
Object softObj = new Object();
SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<>(softObj);
System.out.println("初始状态 - 软引用对象存在: " + (softRef.get() != null));

// 2. 解除强引用，但软引用仍保留对象（内存充足时）
softObj = null;
System.gc(); // 建议GC，但软引用在内存充足时不会被回收
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}

System.out.println("GC后（内存充足）- 软引用对象仍存在: " + (softRef.get() != null));

// 3. 模拟内存压力（触发软引用回收）
System.out.println("\n尝试制造内存压力...");
try {
    // 分配大数组制造内存压力（根据JVM堆大小调整）
    byte[][] memoryHog = new byte[1024][];
    for (int i = 0; i < 1024; i++) {
        memoryHog[i] = new byte[1024 * 1024]; // 每次分配1MB
    }
} catch (OutOfMemoryError e) {
    System.out.println("内存压力已触发: " + e.getMessage());
}

System.gc();
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}

System.out.println("内存压力后 - 软引用对象状态: " + (softRef.get() != null));

// 当内存不足时，JVM会自动清理软引用缓存，避免OOM
  1. 弱引用：只要垃圾回收器运行，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。
1
2
3
4
5
Object weakObj = new Object();
WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(weakObj);
weakObj = null; // 解除强引用
System.gc(); // 尝试进行垃圾回收
System.out.println("Weak reference after GC: " + weakRef.get()); // 此时很可能为 null

WeakHashMap的键就是弱引用，这个类型是一种通用缓存。当键不再被强引用时，WeakHashMap 会自动移除对应的条目，例如Class对象和相关的元数据对象(Method, Field, Constructor)，或者ClassLoader和相关的类数据。

ThreadLocal中的ThreadLocalMap类型也用到了弱引用，它的key是ThreadLocal的实例对象（记作tl）。但他们的区别在于，即使将tl=null，tl对应的value会仍然存在于每个线程独有的ThreadLocalMap对象中，直到该线程再次针对其他ThreadLocal对象进行set操作；但是WeakHashMap通过ReferenceQueue队列，当它的key失效时，内部的ReferenceQueue对象就会得到对应的Entry<K,V>，进而会惰性地将这个Entry清理了，相当于value也被清理了。

  1. 虚引用：主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。必须和引用队列ReferenceQueue)`联合使用。

当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前将虚引用加入到关联的引用队列中。
程序可以通过引用队列了解被引用的对象是否将要被垃圾回收，从而在对象被回收之前采取必要操作，这不仅仅是虚引用可以做的事情，所有引用都可以做这个事情。

ReferenceQueue

即引用队列，专门与软引用SoftReference、弱引用WeakReference和虚引用PhantomReference配合使用。它提供了一种“通知”机制，可以通过轮询poll或等待remove这个引用队列，以便及时得知某个被特定引用类型（软、弱、虚）关联的对象已经被垃圾回收器“盯上”或者已经死亡。

软引用和弱引用在回收后入队，这样就无法通过.get()获取对象本身，避免访问已死对象；而虚引用在回收前入队，因为无论何时都无法通过.get()获取对象。

垃圾回收算法

下面的垃圾回收算法都是针对某块内存空间的，例如新生代、老年代等等

标记-清除 标记-整理 复制
速度/效率 中等 最慢 最快
空间开销 少（有碎片） 少（无碎片） 最多（无碎片）
移动对象(修改栈帧引用) 否 是 是

标记-清除 Mark-Sweep 算法

当内存不足时，进行STW(Stop The World)，暂停用户线程的执行，然后执行如下：

  1. 标记阶段：从GC Roots开始，找到可达对象，并在对象头中进行记录
  2. 清除阶段：对空间内存进行线性遍历，如果发现对象头中没有记录时可达对象，则回收之

效率不高，要遍历2次，并且存在内存碎片；不需要修改栈帧中的引用

复制 Copying 算法

  1. 将内存空间分为两块(例如S0和S1)，每次指使用一块；
  2. 在进行垃圾回收时，将可达对象复制到另外没有被使用的内存块中，再清除当前内存块中的所有对象。其实清除与否无所谓，后续直接用就行。
  3. 后续再按同样的流程进行垃圾回收，交换着来。

适合可达对象不多、垃圾对象较多的情况，即新生代；不会产生内存碎片，但是始终有一半内存空闲；需要修改栈帧中的引用；标记的是可达的，所以复制算法只遍历1次，而MarkSweep清除的是不可达的，所以需要遍历2次

copying

标记-整理 Mark-Compact 算法

  1. 标记：和标记-清除一样

  2. 移动：将所有存活对象移动到内存的一端

  3. 清理：清理边界外所有的空间

不会产生内存碎片，不会有空闲内存；效率偏低；需要修改栈帧中的引用

垃圾收集器

垃圾收集器

  1. Serial GC 和 Serial Old GC：复制算法和标记-整理算法，都是串行的；
  2. ParNew GC 和 CMS GC：前者是Serial GC的多线程版，后者是低暂停的，但是被移除了，有4个步骤：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除；
  3. Parallel (Scavenge) GC 和 Parallel Old GC：前者也是Serial GC的多线程版，但比起ParNew GC，能动态调整内存分配情况，比如CMS更关注CPU的效率，而非用户的停顿时间；
  4. G1(garbage-first)：JDK9之后默认的垃圾收集器，直到现在。G1收集器在后台维护了一个Region的优先列表，每次根据允许的收集时间，优先选择回收价值最大的内存区域Region；
  5. ZGC：ZGC和G1还没有细看https://mp.weixin.qq.com/s/Ywj3XMws0IIK-kiUllN87Q

整堆回收

常见参数

内存参数：

  1. -Xms<size> (等同于 -XX:InitialHeapSize=<size>，memory start)

    设置JVM启动时初始堆内存大小，例如java -Xms512m MyWebApp，默认物理内存/64。

  2. -Xmx<size> (等同于 -XX:MaxHeapSize=<size>, memory max)

    设置 JVM 运行时最大堆内存大小，例如java -Xmx2g MyWebApp，默认物理内存/4。一般让-Xmshe -Xmx的值一样，这样JVM就不会去修改内存大小。

  3. -Xmn<size> (等同于 -XX:NewSize=<size>, memory new)

    设置新生代（Young Generation）的初始大小

  4. -XX:NewRatio配置新生代和老年代的比例，默认为2，即新生代占整个堆的1/3，老年代占2/3；如果明确知道存活时间长的对象偏多，可以调大比例

  5. -XX:SurvivorRatio配置Eden:S0:S1的比例关系，默认Eden占8/10，两个s区分别1/10.

  6. 元空间的初始容量和最大容量：-XX:MetaspaceSize=<size>和-XX:MaxMetaspaceSize=<size>。默认情况下会自动扩容，直到达到系统内存耗尽。

垃圾回收参数：

  1. -XX:+UseSerialGC：Serial + Serial Old 收集器
  2. -XX:+UseParNewGC和-XX:+UseConcMarkSweepGC：ParNew和CMS收集器
  3. -XX:+UseParallelGC：Parallel Scavenge + Parallel Old 收集器
  4. -XX:+UseG1GC 和 -XX:+UseZGC

监控排查：

  1. -XX:+PrintGC 和 -XX:+PrintGCDetails：打印GC日志，后者更详细

  2. -XX:+PrintCommandLineFlags：打印运行时的命令参数