大廠面試題

JVM中有哪些垃圾回收算法，每個(gè)算法各自的優(yōu)劣？

目錄：

1、前文回顧

2、復(fù)制算法的背景引入

3、一種不太好的垃圾回收思路

4、一個(gè)合理的垃圾回收思路

5、復(fù)制算法有什么缺點(diǎn)？

6、復(fù)制算法的優(yōu)化：Eden區(qū)和Survivor區(qū)

7、新生代垃圾回收的各種“萬一”怎么處理？

8、昨日思考題解答

9、今日思考題

1、前文回顧

上一篇文章我們重新梳理了一下什么時(shí)候觸發(fā)垃圾回收，以及到底哪些對(duì)象可以垃圾回收

另外，對(duì)新生代填滿，GC Roots對(duì)象，軟引用、弱引用，還有finalize()等概念進(jìn)行了比較細(xì)致的梳理。

那么這篇文章，我們就來看看在對(duì)新生代進(jìn)行垃圾回收的時(shí)候，到底是采取一種什么樣的算法進(jìn)行的呢？

2、復(fù)制算法的背景引入

針對(duì)新生代的垃圾回收算法，他叫做復(fù)制算法

簡(jiǎn)單來說，就是如下圖所示，首先把新生代的內(nèi)存分為兩塊。

接著假設(shè)有如下代碼，在“l(fā)oadReplicasFromDisk()”方法中創(chuàng)建了對(duì)象，此時(shí)對(duì)象就就會(huì)分配在新生代其中一塊內(nèi)存空間里

而且是由“main線程”的棧內(nèi)存中的“l(fā)oadReplicasFromDisk()”方法的棧幀內(nèi)的局部變量來引用的，如下圖所示。

接著大家想象一下，假設(shè)與此同時(shí)，代碼在不停的運(yùn)行，然后大量的對(duì)象都分配在了新生代內(nèi)存的其中一塊內(nèi)存區(qū)域里，也只會(huì)分配在那塊區(qū)域里

而且分配過后，很快就失去了局部變量或者類靜態(tài)變量的引用，成為了垃圾對(duì)象

此時(shí)如下圖所示。

接著這個(gè)時(shí)候，新生代內(nèi)存那塊被分配對(duì)象的內(nèi)存區(qū)域基本都快滿了，再次要分配對(duì)象的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)里面內(nèi)存空間不足了。

那么此時(shí)就會(huì)觸發(fā)Minor GC去回收掉新生代那塊被使用的內(nèi)存空間的垃圾對(duì)象。

那么回收的時(shí)候是怎么做的呢？

3、一種不太好的垃圾回收思路

假設(shè)現(xiàn)在采用的垃圾回收思路，就是直接對(duì)上圖中被使用的那塊內(nèi)存區(qū)域中的垃圾對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記。

也就是根據(jù)上篇文章講的那套思路，標(biāo)記出哪些對(duì)象是可以被垃圾回收的，然后就直接對(duì)那塊內(nèi)存區(qū)域中的對(duì)象進(jìn)行垃圾回收，把內(nèi)存空出來。

大家想想，這種思路好嗎？

這種思路去垃圾回收，可能會(huì)在回收完畢之后造成那塊內(nèi)存區(qū)域看起來跟下圖一樣。

看上面的圖，不知道大家發(fā)現(xiàn)什么沒有，在那塊被使用的內(nèi)存區(qū)域里，回收掉了大量的垃圾對(duì)象，但是保留了一些被人引用的存活對(duì)象

但是呢，存活對(duì)象在內(nèi)存區(qū)域里東一個(gè)西一個(gè)，非常的凌亂，而且造成了大量的內(nèi)存碎片。

那么什么是內(nèi)存碎片呢？

我們?cè)倏聪旅娴膱D我用紅線標(biāo)記出來的區(qū)域，那些就是所謂的內(nèi)存碎片。

看到了嗎？在各種凌亂的存活對(duì)象的中間，出現(xiàn)了大量的紅圈圈出來的內(nèi)存碎片

這些內(nèi)存碎片的大小不一樣，有的可能很大，有的可能很小。

那么內(nèi)存碎片太多會(huì)造成什么問題呢？

內(nèi)存浪費(fèi)

啥意思？比如現(xiàn)在打算分配一個(gè)新的對(duì)象，嘗試在上圖那塊被使用的內(nèi)存區(qū)域里去分配

此時(shí)如下圖所示，可能因?yàn)閮?nèi)存碎片太多的緣故，雖然所有的內(nèi)存碎片加起來其實(shí)有很大的一塊內(nèi)存，但是因?yàn)檫@些內(nèi)存都是碎片式分散的，所以導(dǎo)致沒有一塊完整的足夠的內(nèi)存空間來分配新的對(duì)象。

所以這種直接對(duì)一塊內(nèi)存空間回收掉垃圾對(duì)象，保留存活對(duì)象的方法，絕對(duì)是不可取的

因?yàn)閮?nèi)存碎片太多，就是他最大的問題，會(huì)造成大量的內(nèi)存浪費(fèi)，很多內(nèi)存碎片壓根兒是沒法使用的。

4、一個(gè)合理的垃圾回收思路

那么能不能用一種合理的思路來進(jìn)行垃圾回收呢？

可以！這個(gè)時(shí)候上圖中一直沒派上用場(chǎng)的另外一塊空白的內(nèi)存區(qū)域就出場(chǎng)了。

首先，并不是按照上述思路直接對(duì)已經(jīng)使用的那塊內(nèi)存把垃圾對(duì)象全部回收掉，然后保留全部存活對(duì)象。

而是先對(duì)那塊在使用的內(nèi)存空間標(biāo)記出里面哪些對(duì)象是不能進(jìn)行垃圾回收的，就是要存活的對(duì)象

然后先把那些存活的對(duì)象轉(zhuǎn)移到另外一塊空白的內(nèi)存中，如下圖。

不知道大家發(fā)現(xiàn)這里的玄機(jī)沒有？

沒錯(cuò)，通過把存活對(duì)象先轉(zhuǎn)移到另外一塊空白內(nèi)存區(qū)域，我們可以把這些對(duì)象都比較緊湊的排列在內(nèi)存里

這樣就可以讓被轉(zhuǎn)移的那塊內(nèi)存區(qū)域幾乎沒有什么內(nèi)存碎片，對(duì)象都是按順序排列在這塊內(nèi)存里的。

然后那塊被轉(zhuǎn)移的內(nèi)存區(qū)域，是不是多出來一大塊連續(xù)的可用的內(nèi)存空間？

此時(shí)就可以將新對(duì)象分配在那塊連續(xù)內(nèi)存空間里了，如下圖。

這個(gè)時(shí)候，再一次性把原來使用的那塊內(nèi)存區(qū)域中的垃圾對(duì)象全部一掃而空，全部給回收掉，空出來一塊內(nèi)存區(qū)域，如下圖。

這就是所謂的“復(fù)制算法“，把新生代內(nèi)存劃分為兩塊內(nèi)存區(qū)域，然后只使用其中一塊內(nèi)存

待那塊內(nèi)存快滿的時(shí)候，就把里面的存活對(duì)象一次性轉(zhuǎn)移到另外一塊內(nèi)存區(qū)域，保證沒有內(nèi)存碎片

接著一次性回收原來那塊內(nèi)存區(qū)域的垃圾對(duì)象，再次空出來一塊內(nèi)存區(qū)域。兩塊內(nèi)存區(qū)域就這么重復(fù)著循環(huán)使用。

5、復(fù)制算法有什么缺點(diǎn)？

復(fù)制算法的缺點(diǎn)其實(shí)非常的明顯，如果按照上述的思路，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)，假設(shè)我們給新生代1G的內(nèi)存空間，那么只有512MB的內(nèi)存空間是可以用的

另外512MB的內(nèi)存空間是一直要放在那里空著的，然后512MB內(nèi)存空間滿了，就把存活對(duì)象轉(zhuǎn)移到另外一塊512MB的內(nèi)存空間去

從始至終，就只有一半的內(nèi)存可以用，這樣的算法顯然對(duì)內(nèi)存的使用效率太低了。

6、復(fù)制算法的優(yōu)化：Eden區(qū)和Survivor區(qū)

之前我給大家分析過，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)JVM內(nèi)存的使用模型，大體上就是我們的代碼不停的創(chuàng)建對(duì)象然后分配在新生代里，但是一般很快那個(gè)對(duì)象就沒人引用了，成了垃圾對(duì)象。

接著一段時(shí)間過后，新生代就滿了，此時(shí)就會(huì)回收掉那些垃圾對(duì)象，空出來內(nèi)存空間，給后續(xù)其他的對(duì)象來使用。

但是我們之前分析過，其實(shí)絕大多數(shù)的對(duì)象都是存活周期非常短的對(duì)象，可能被創(chuàng)建出來1毫秒之后就沒人引用了，他就是垃圾對(duì)象了。

所以大家可以想象一下，可能一次新生代垃圾回收過后，99%的對(duì)象其實(shí)都被垃圾回收了，就1%的對(duì)象存活了下來，可能就是一些長(zhǎng)期存活的對(duì)象，或者還沒使用完的對(duì)象。

所以實(shí)際上真正的復(fù)制算法會(huì)做出如下優(yōu)化，把新生代內(nèi)存區(qū)域劃分為三塊：

1個(gè)Eden區(qū)，2個(gè)Survivor區(qū)，其中Eden區(qū)占80%內(nèi)存空間，每一塊Survivor區(qū)各占10%內(nèi)存空間，比如說Eden區(qū)有800MB內(nèi)存，每一塊Survivor區(qū)就100MB內(nèi)存，如下圖。

平時(shí)可以使用的，就是Eden區(qū)和其中一塊Survivor區(qū)，那么相當(dāng)于就是有900MB的內(nèi)存是可以使用的，如下圖所示。

但是剛開始對(duì)象都是分配在Eden區(qū)內(nèi)的，如果Eden區(qū)快滿了，此時(shí)就會(huì)觸發(fā)垃圾回收

此時(shí)就會(huì)把Eden區(qū)中的存活對(duì)象都一次性轉(zhuǎn)移到一塊空著的Survivor區(qū)。接著Eden區(qū)就會(huì)被清空，然后再次分配新對(duì)象到Eden區(qū)里，然后就會(huì)如上圖所示，Eden區(qū)和一塊Survivor區(qū)里是有對(duì)象的，其中Survivor區(qū)里放的是上一次Minor GC后存活的對(duì)象。

如果下次再次Eden區(qū)滿，那么再次觸發(fā)Minor GC，就會(huì)把Eden區(qū)和放著上一次Minor GC后存活對(duì)象的Survivor區(qū)內(nèi)的存活對(duì)象，轉(zhuǎn)移到另外一塊Survivor區(qū)去。

所以這里大家就能體會(huì)到，為啥是這么分配內(nèi)存空間了。

因?yàn)橹胺治隽?，每次垃圾回收可能存活下來的?duì)象就1%，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候就留了一塊100MB的內(nèi)存空間來存放垃圾回收后轉(zhuǎn)移過來的存活對(duì)象

比如Eden區(qū)+一塊Survivor區(qū)有900MB的內(nèi)存空間都占滿了，但是垃圾回收之后，可能就10MB的對(duì)象是存活的。

此時(shí)就把那10MB的存活對(duì)象轉(zhuǎn)移到另外一塊Survivor區(qū)域就可以，然后再一次性把Eden區(qū)和之前使用的Survivor區(qū)里的垃圾對(duì)象全部回收掉，如下圖。

接著新對(duì)象繼續(xù)分配在Eden區(qū)和另外那塊開始被使用的Survivor區(qū)，然后始終保持一塊Survivor區(qū)是空著的，就這樣一直循環(huán)使用這三塊內(nèi)存區(qū)域。

這么做最大的好處，就是只有10%的內(nèi)存空間是被閑置的，90%的內(nèi)存都被使用上了

無論是垃圾回收的性能，內(nèi)存碎片的控制，還是說內(nèi)存使用的效率，都非常的好。

7、新生代垃圾回收的各種“萬一”怎么處理？

這個(gè)時(shí)候很多人看完了本文之后，一定對(duì)這里有可能發(fā)生的各種“萬一”情況有疑惑了

比如：

• 萬一垃圾回收過后，存活下來的對(duì)象超過了10%的內(nèi)存空間，在另外一塊Survivor區(qū)域中放不下咋整？

• 萬一我們突然分配了一個(gè)超級(jí)大的對(duì)象，大到啥程度？新生代找不到連續(xù)內(nèi)存空間來存放，此時(shí)咋整？

• 到底一個(gè)存活對(duì)象要在新生代里這么來回倒騰多少次之后才會(huì)被轉(zhuǎn)移都老年代去？

別著急，明天就會(huì)來分析這些新生代的各種“萬一”情況，以及新生代的對(duì)象是如何轉(zhuǎn)移到老年代的，然后老年代是如何觸發(fā)垃圾回收的，垃圾回收的算法又是什么樣的。

看完這兩篇文章，大家就會(huì)對(duì)新生代和老年代的對(duì)象分配、垃圾回收、對(duì)象轉(zhuǎn)移等各種原理，都非常的熟悉了。

8、昨日思考題解答

思考下面的代碼。

上述代碼下，如果垃圾回收，會(huì)回收ReplicaFetcher對(duì)象嗎？為什么？

明顯是不會(huì)的，因?yàn)镽eplicaFetcher對(duì)象被ReplicaManager對(duì)象中的實(shí)例變量引用了，然后ReplicaManager對(duì)象被Kafka類的靜態(tài)變量給引用了

所以垃圾回收的時(shí)候，是不會(huì)回收掉ReplciaFetcher對(duì)象的，否則讓存活下來的ReplicaManager對(duì)象情何以堪？

9、今日思考題

各位還記得之前教給過大家的那個(gè)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存使用壓力的估算方法么？

可以借助那個(gè)方法估算一下，每秒鐘系統(tǒng)會(huì)使用多少內(nèi)存空間，然后多長(zhǎng)時(shí)間會(huì)觸發(fā)一次垃圾回收？

垃圾回收之后，你們系統(tǒng)內(nèi)大體會(huì)有多少對(duì)象存活下來？為什么？

然后都有哪些對(duì)象會(huì)存活下來？存活下來的對(duì)象會(huì)占多少內(nèi)存空間？

隨著不停的跟著專欄學(xué)習(xí)，希望大家多結(jié)合自己負(fù)責(zé)的系統(tǒng)來思考，你會(huì)養(yǎng)成一個(gè)核心能力，能夠從JVM的角度去考慮系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的模型

這樣在真正發(fā)生JVM內(nèi)存問題的時(shí)候，就能有一個(gè)非常深入的思考能力去解決問題。

End

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