面試官：我還記得上次你講到JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)（運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域）提到了「堆」，然后你說是分了幾塊區(qū)域嘛

面試官：當(dāng)時(shí)感覺再講下去那我可能就得加班了

面試官：今天有點(diǎn)空了，繼續(xù)聊聊「堆」那塊吧

候選者：嗯，前面提到了堆分了「新生代」和「老年代」，「新生代」又分為「Eden」和「Survivor」區(qū)，「survivor」區(qū)又分為「From Survivor」和「To Survivor」區(qū)

候選者：說到這里，我就想聊聊Java的垃圾回收機(jī)制了

面試官：那你開始你的表演吧

候選者：我們使用Java的時(shí)候，會(huì)創(chuàng)建很多對(duì)象，但我們未曾「手動(dòng)」將這些對(duì)象進(jìn)行清除

候選者：而如果用C/C++語言的時(shí)候，用完是需要自己free(釋放)掉的

候選者：那為什么在寫Java的時(shí)候不用我們自己手動(dòng)釋放”垃圾”呢？原因很簡(jiǎn)單，JVM幫我們做了（自動(dòng)回收垃圾）

面試官：嗯…

候選者：我個(gè)人對(duì)垃圾的定義：只要對(duì)象不再被使用了，那我們就認(rèn)為該對(duì)象就是垃圾，對(duì)象所占用的空間就可以被回收

面試官：那是怎么判斷對(duì)象不再被使用的呢？

候選者：常用的算法有兩個(gè)「引用計(jì)數(shù)法」和「可達(dá)性分析法」

候選者：引用計(jì)數(shù)法思路很簡(jiǎn)單：當(dāng)對(duì)象被引用則+1，但對(duì)象引用失敗則-1。當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)，說明對(duì)象不再被引用，可以被可回收

候選者：引用計(jì)數(shù)法最明顯的缺點(diǎn)就是：如果對(duì)象存在循環(huán)依賴，那就無法定位該對(duì)象是否應(yīng)該被回收（A依賴B，B依賴A）

面試官：嗯…

候選者：另一種就是可達(dá)性分析法：它從「GC Roots」開始向下搜索，當(dāng)對(duì)象到「GC Roots」都沒有任何引用相連時(shí)，說明對(duì)象是不可用的，可以被回收

候選者：「GC Roots」是一組必須「活躍」的引用。從「GC Root」出發(fā)，程序通過直接引用或者間接引用，能夠找到可能正在被使用的對(duì)象

面試官：還是不太懂，那「GC Roots」一般是什么？你說它是一組活躍的引用，能不能舉個(gè)例子，太抽象了。

候選者：比如我們上次不是聊到JVM內(nèi)存結(jié)構(gòu)中的虛擬機(jī)棧嗎，虛擬機(jī)棧里不是有棧幀嗎，棧幀不是有局部變量嗎？局部變量不就存儲(chǔ)著引用嘛。

候選者：那如果棧幀位于虛擬機(jī)棧的棧頂，是不是就可以說明這個(gè)棧幀是活躍的（換言之，是線程正在被調(diào)用的）

候選者：既然是線程正在調(diào)用的，那棧幀里的指向「堆」的對(duì)象引用，是不是一定是「活躍」的引用？

候選者：所以，當(dāng)前活躍的棧幀指向堆里的對(duì)象引用就可以是「GC Roots」

面試官：嗯…

候選者：當(dāng)然了，能作為「GC Roots」也不單單只有上面那一小塊

候選者：比如類的靜態(tài)變量引用是「GC Roots」，被「Java本地方法」所引用的對(duì)象也是「GC Roots」等等…

候選者：回到理解的重點(diǎn)：「GC Roots」是一組必須「活躍」的「引用」，只要跟「GC Roots」沒有直接或者間接引用相連，那就是垃圾

候選者：JVM用的就是「可達(dá)性分析算法」來判斷對(duì)象是否垃圾

面試官：懂了

候選者：垃圾回收的第一步就是「標(biāo)記」，標(biāo)記哪些沒有被「GC Roots」引用的對(duì)象

候選者：標(biāo)記完之后，我們就可以選擇直接「清除」，只要不被「GC Roots」關(guān)聯(lián)的，都可以干掉

候選者：過程非常簡(jiǎn)單粗暴，但也存在很明顯的問題

候選者：直接清除會(huì)有「內(nèi)存碎片」的問題：可能我有10M的空余內(nèi)存，但程序申請(qǐng)9M內(nèi)存空間卻申請(qǐng)不下來（10M的內(nèi)存空間是垃圾清除后的，不連續(xù)的）

候選者：那解決「內(nèi)存碎片」的問題也比較簡(jiǎn)單粗暴，「標(biāo)記」完，不直接「清除」。

候選者：我把「標(biāo)記」存活的對(duì)象「復(fù)制」到另一塊空間，復(fù)制完了之后，直接把原有的整塊空間給干掉！這樣就沒有內(nèi)存碎片的問題了

候選者：這種做法缺點(diǎn)又很明顯：內(nèi)存利用率低，得有一塊新的區(qū)域給我復(fù)制(移動(dòng))過去

面試官：嗯…

候選者：還有一種「折中」的辦法，我未必要有一塊「大的完整空間」才能解決內(nèi)存碎片的問題，我只要能在「當(dāng)前區(qū)域」內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)

候選者：把存活的對(duì)象移到一邊，把垃圾移到一邊，那再將垃圾一起刪除掉，不就沒有內(nèi)存碎片了嘛

候選者：這種專業(yè)的術(shù)語就叫做「整理」

候選者：扯了這么久，我們把思維再次回到「堆」中吧

候選者：經(jīng)過研究表明：大部分對(duì)象的生命周期都很短，而只有少部分對(duì)象可能會(huì)存活很長(zhǎng)時(shí)間

候選者：又由于「垃圾回收」是會(huì)導(dǎo)致「stop the world」（應(yīng)用停止訪問）

候選者：理解「stop the world」應(yīng)該很簡(jiǎn)單吧：回收垃圾的時(shí)候，程序是有短暫的時(shí)間不能正常繼續(xù)運(yùn)作啊。不然JVM在回收的時(shí)候，用戶線程還繼續(xù)分配修改引用，JVM怎么搞（：

候選者：為了使「stop the world」持續(xù)的時(shí)間盡可能短以及提高并發(fā)式GC所能應(yīng)付的內(nèi)存分配速率

候選者：在很多的垃圾收集器上都會(huì)在「物理」或者「邏輯」上，把這兩類對(duì)象進(jìn)行區(qū)分，死得快的對(duì)象所占的區(qū)域叫做「年輕代」，活得久的對(duì)象所占的區(qū)域叫做「老年代」

候選者：但也不是所有的「垃圾收集器」都會(huì)有，只不過我們現(xiàn)在線上用的可能都是JDK8，JDK8及以下所使用到的垃圾收集器都是有「分代」概念的。

候選者：所以，你可以看到我的「堆」是畫了「年輕代」和「老年代」

候選者：要值得注意的是，高版本所使用的垃圾收集器的ZGC是沒有分代的概念的（：

候選者：只不過我為了好說明現(xiàn)狀，ZGC的話有空我們?cè)倭?/p>

面試官：嗯…好吧

候選者：在前面更前面提到了垃圾回收的過程，其實(shí)就對(duì)應(yīng)著幾種「垃圾回收算法」，分別是：

候選者：標(biāo)記清除算法、標(biāo)記復(fù)制算法和標(biāo)記整理算法【「標(biāo)記」「清除」「復(fù)制」「整理」】

候選者：經(jīng)過上面的鋪墊之后，這幾種算法應(yīng)該還是比較好理解的

候選者：「分代」和「垃圾回收算法」都搞明白了之后，我們就可以看下在JDK8生產(chǎn)環(huán)境及以下常見的垃圾回收器了

候選者：「年輕代」的垃圾收集器有：Seria、Parallel Scavenge、ParNew

候選者：「老年代」的垃圾收集器有：Serial Old、Parallel Old、CMS

候選者：看著垃圾收集器有很多，其實(shí)還是非常好理解的。Serial是單線程的，Parallel是多線程

候選者：這些垃圾收集器實(shí)際上就是「實(shí)現(xiàn)了」垃圾回收算法（標(biāo)記復(fù)制、標(biāo)記整理以及標(biāo)記清除算法）

候選者：CMS是「JDK8之前」是比較新的垃圾收集器，它的特點(diǎn)是能夠盡可能減少「stop the world」時(shí)間。在垃圾回收時(shí)讓用戶線程和 GC 線程能夠并發(fā)執(zhí)行！

候選者：又可以發(fā)現(xiàn)的是，「年輕代」的垃圾收集器使用的都是「標(biāo)記復(fù)制算法」

候選者：所以在「堆內(nèi)存」劃分中，將年輕代劃分出Survivor區(qū)（Survivor From 和Survivor To），目的就是為了有一塊完整的內(nèi)存空間供垃圾回收器進(jìn)行拷貝(移動(dòng))

候選者：而新的對(duì)象則放入Eden區(qū)

候選者：我下面重新畫下「堆內(nèi)存」的圖，因?yàn)樗鼈兊拇笮∈怯心J(rèn)的比例的

候選者：圖我已經(jīng)畫好了，應(yīng)該就不用我再說明了

面試官：我還想問問，就是，新創(chuàng)建的對(duì)象一般是在「新生代」嘛，那在什么時(shí)候會(huì)到「老年代」中呢？

候選者：嗯，我認(rèn)為簡(jiǎn)單可以分為兩種情況：

候選者：1. 如果對(duì)象太大了，就會(huì)直接進(jìn)入老年代（對(duì)象創(chuàng)建時(shí)就很大 || Survivor區(qū)沒辦法存下該對(duì)象）

候選者：2. 如果對(duì)象太老了，那就會(huì)晉升至老年代（每發(fā)生一次Minor GC ，存活的對(duì)象年齡+1，達(dá)到默認(rèn)值15則晉升老年代 || 動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判定 可以進(jìn)入老年代）

面試官：既然你又提到了Minor GC，那Minor GC 什么時(shí)候會(huì)觸發(fā)呢？

候選者：當(dāng)Eden區(qū)空間不足時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Minor GC

面試官：Minor GC 在我的理解就是「年輕代」的GC，你前面又提到了「GC Roots」嘛

面試官：那在「年輕代」GC的時(shí)候，從GC Roots出發(fā)，那不也會(huì)掃描到「老年代」的對(duì)象嗎？那那那..不就相當(dāng)于全堆掃描嗎？

候選者：這JVM里也有解決辦法的。

候選者：HotSpot 虛擬機(jī)「老的GC」（G1以下）是要求整個(gè)GC堆在連續(xù)的地址空間上。

候選者：所以會(huì)有一條分界線（一側(cè)是老年代，另一側(cè)是年輕代），所以可以通過「地址」就可以判斷對(duì)象在哪個(gè)分代上

候選者：當(dāng)做Minor GC的時(shí)候，從GC Roots出發(fā)，如果發(fā)現(xiàn)「老年代」的對(duì)象，那就不往下走了（Minor GC對(duì)老年代的區(qū)域毫無興趣）

面試官：但又有個(gè)問題，那如果「年輕代」的對(duì)象被「老年代」引用了呢？（老年代對(duì)象持有年輕代對(duì)象的引用），那時(shí)候肯定是不能回收掉「年輕代」的對(duì)象的。

候選者：HotSpot虛擬機(jī)下 有「card table」（卡表）來避免全局掃描「老年代」對(duì)象

候選者：「堆內(nèi)存」的每一小塊區(qū)域形成「卡頁」，卡表實(shí)際上就是卡頁的集合。當(dāng)判斷一個(gè)卡頁中有存在對(duì)象的跨代引用時(shí)，將這個(gè)頁標(biāo)記為「臟頁」

候選者：那知道了「卡表」之后，就很好辦了。每次Minor GC 的時(shí)候只需要去「卡表」找到「臟頁」，找到后加入至GC Root，而不用去遍歷整個(gè)「老年代」的對(duì)象了。

面試官：嗯嗯嗯，還可以的啊，要不繼續(xù)聊聊CMS？

候選者：這面試快一個(gè)小時(shí)了吧，我圖也畫了這么多了。下次？下次吧？有點(diǎn)兒累了

本文總結(jié)：

• 什么是垃圾：只要對(duì)象不再被使用，那即是垃圾
• 如何判斷為垃圾：可達(dá)性分析算法和引用計(jì)算算法，JVM使用的是可達(dá)性分析算法
• 什么是GC Roots：GC Roots是一組必須活躍的引用，跟GC Roots無關(guān)聯(lián)的引用即是垃圾，可被回收
• 常見的垃圾回收算法：標(biāo)記清除、標(biāo)記復(fù)制、標(biāo)記整理
• 為什么需要分代：大部分對(duì)象都死得早，只有少部分對(duì)象會(huì)存活很長(zhǎng)時(shí)間。在堆內(nèi)存上都會(huì)在物理或邏輯上進(jìn)行分代，為了使「stop the world」持續(xù)的時(shí)間盡可能短以及提高并發(fā)式GC所能應(yīng)付的內(nèi)存分配速率。
• Minor GC：當(dāng)Eden區(qū)滿了則觸發(fā)，從GC Roots往下遍歷，年輕代GC不關(guān)心老年代對(duì)象
• 什么是card table【卡表】：空間換時(shí)間（類似bitmap），能夠避免掃描老年代的所有對(duì)應(yīng)進(jìn)而順利進(jìn)行Minor GC （案例：老年代對(duì)象持有年輕代對(duì)象引用）
• 堆內(nèi)存占比：年輕代占堆內(nèi)存1/3，老年代占堆內(nèi)存2/3。Eden區(qū)占年輕代8/10，Survivor區(qū)占年輕代2/10（其中From 和To 各站1/10)

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