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1 Java垃圾回收機制（GC是什么？為什么要GC）

為了讓程序員更專注于代碼的實現(xiàn)，而不用過多的考慮內(nèi)存釋放的問題，所以，在Java語言中，有了自動的垃圾回收機制，也就是我們熟悉的GC(Garbage Collection)。

有了垃圾回收機制后，程序員只需要關(guān)心內(nèi)存的申請即可，內(nèi)存的釋放由系統(tǒng)自動識別完成。

在進行垃圾回收時，不同的對象引用類型，GC會采用不同的回收時機

換句話說，自動的垃圾回收的算法就會變得非常重要了，如果因為算法的不合理，導(dǎo)致內(nèi)存資源一直沒有釋放，同樣也可能會導(dǎo)致內(nèi)存溢出的。

當然，除了Java語言，C#、Python等語言也都有自動的垃圾回收機制。

2 對象什么時候可以被垃圾器回收

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簡單一句就是：如果一個或多個對象沒有任何的引用指向它了，那么這個對象現(xiàn)在就是垃圾，如果定位了垃圾，則有可能會被垃圾回收器回收。

如果要定位什么是垃圾，有兩種方式來確定，第一個是引用計數(shù)法，第二個是可達性分析算法

2.1 引用計數(shù)法

一個對象被引用了一次，在當前的對象頭上遞增一次引用次數(shù)，如果這個對象的引用次數(shù)為0，代表這個對象可回收

String demo = new String("123");

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String demo = null;

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當對象間出現(xiàn)了循環(huán)引用的話，則引用計數(shù)法就會失效

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先執(zhí)行右側(cè)代碼的前4行代碼

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目前上方的引用關(guān)系和計數(shù)都是沒問題的，但是，如果代碼繼續(xù)往下執(zhí)行，如下圖

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雖然a和b都為null，但是由于a和b存在循環(huán)引用，這樣a和b永遠都不會被回收。

優(yōu)點：

• 實時性較高，無需等到內(nèi)存不夠的時候，才開始回收，運行時根據(jù)對象的計數(shù)器是否為0，就可以直接回收。
• 在垃圾回收過程中，應(yīng)用無需掛起。如果申請內(nèi)存時，內(nèi)存不足，則立刻報OOM錯誤。
• 區(qū)域性，更新對象的計數(shù)器時，只是影響到該對象，不會掃描全部對象。

缺點：

• 每次對象被引用時，都需要去更新計數(shù)器，有一點時間開銷。
• 浪費CPU資源，即使內(nèi)存夠用，仍然在運行時進行計數(shù)器的統(tǒng)計。
• 無法解決循環(huán)引用問題，會引發(fā)內(nèi)存泄露。（最大的缺點）

2.2 可達性分析算法

現(xiàn)在的虛擬機采用的都是通過可達性分析算法來確定哪些內(nèi)容是垃圾。

會存在一個根節(jié)點【GC Roots】，引出它下面指向的下一個節(jié)點，再以下一個節(jié)點節(jié)點開始找出它下面的節(jié)點，依次往下類推。直到所有的節(jié)點全部遍歷完畢。

根對象是那些肯定不能當做垃圾回收的對象，就可以當做根對象

局部變量，靜態(tài)方法，靜態(tài)變量，類信息

核心是：判斷某對象是否與根對象有直接或間接的引用，如果沒有被引用，則可以當做垃圾回收

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X,Y這兩個節(jié)點是可回收的，但是并不會馬上的被回收！！ 對象中存在一個方法【finalize】。當對象被標記為可回收后，當發(fā)生GC時，首先會判斷這個對象是否執(zhí)行了finalize方法，如果這個方法還沒有被執(zhí)行的話，那么就會先來執(zhí)行這個方法，接著在這個方法執(zhí)行中，可以設(shè)置當前這個對象與GC ROOTS產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，那么這個方法執(zhí)行完成之后，GC會再次判斷對象是否可達，如果仍然不可達，則會進行回收，如果可達了，則不會進行回收。

finalize方法對于每一個對象來說，只會執(zhí)行一次。如果第一次執(zhí)行這個方法的時候，設(shè)置了當前對象與RC ROOTS關(guān)聯(lián)，那么這一次不會進行回收。 那么等到這個對象第二次被標記為可回收時，那么該對象的finalize方法就不會再次執(zhí)行了。

GC ROOTS：

• 虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象

/**
 * demo是棧幀中的本地變量，當 demo = null 時，由于此時 demo 充當了 GC Root 的作用，demo與原來指向的實例 new Demo() 斷開了連接，對象被回收。
 */
public class Demo {
    public static  void main(String[] args) {
     Demo demo = new Demo();
     demo = null;
    }
}

• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象

/**
 * 當棧幀中的本地變量 b = null 時，由于 b 原來指向的對象與 GC Root (變量 b) 斷開了連接，所以 b 原來指向的對象會被回收，而由于我們給 a 賦值了變量的引用，a在此時是類靜態(tài)屬性引用，充當了 GC Root 的作用，它指向的對象依然存活!
 */
public class Demo {
    public static Demo a;
    public static  void main(String[] args) {
        Demo b = new Demo();
        b.a = new Demo();
        b = null;
    }
}

• 方法區(qū)中常量引用的對象

/**
 * 常量 a 指向的對象并不會因為 demo 指向的對象被回收而回收
 */
public class Demo {
    
    public static final Demo a = new Demo();
    
    public static  void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        demo = null;
    }
}

• 本地方法棧中 JNI（即一般說的 Native 方法）引用的對象

3 JVM 垃圾回收算法有哪些？

3.1 標記清除算法

標記清除算法：是將垃圾回收分為2個階段，分別是標記和清除。

1.根據(jù)可達性分析算法得出的垃圾進行標記

2.對這些標記為可回收的內(nèi)容進行垃圾回收

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可以看到，標記清除算法解決了引用計數(shù)算法中的循環(huán)引用的問題，沒有從root節(jié)點引用的對象都會被回收。

同樣，標記清除算法也是有缺點的：

• 效率較低，標記和清除兩個動作都需要遍歷所有的對象，并且在GC時，需要停止應(yīng)用程序，對于交互性要求比較高的應(yīng)用而言這個體驗是非常差的。
• （重要）通過標記清除算法清理出來的內(nèi)存，碎片化較為嚴重，因為被回收的對象可能存在于內(nèi)存的各個角落，所以清理出來的內(nèi)存是不連貫的。

3.2 復(fù)制算法

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復(fù)制算法的核心，將原有的內(nèi)存空間一分為二，每次只用其中的一塊，在垃圾回收時，將正在使用的對象復(fù)制到另一個內(nèi)存空間中，然后將該內(nèi)存空間清空，交換兩個內(nèi)存的角色，完成垃圾的回收。

如果內(nèi)存中的垃圾對象較多，需要復(fù)制的對象就較少，這種情況下適合使用該方式并且效率比較高，反之，則不適合。

1）將內(nèi)存區(qū)域分成兩部分，每次操作其中一個。

2）當進行垃圾回收時，將正在使用的內(nèi)存區(qū)域中的存活對象移動到未使用的內(nèi)存區(qū)域。當移動完對這部分內(nèi)存區(qū)域一次性清除。

3）周而復(fù)始。

優(yōu)點：

• 在垃圾對象多的情況下，效率較高
• 清理后，內(nèi)存無碎片

缺點：

• 分配的2塊內(nèi)存空間，在同一個時刻，只能使用一半，內(nèi)存使用率較低

3.3 標記整理算法

標記壓縮算法：是在標記清除算法的基礎(chǔ)之上，做了優(yōu)化改進的算法。和標記清除算法一樣，也是從根節(jié)點開始，對對象的引用進行標記，在清理階段，并不是簡單的直接清理可回收對象，而是將存活對象都向內(nèi)存另一端移動，然后清理邊界以外的垃圾，從而解決了碎片化的問題。

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1）標記垃圾。

2）需要清除向右邊走，不需要清除的向左邊走。

3）清除邊界以外的垃圾。

優(yōu)缺點同標記清除算法，解決了標記清除算法的碎片化的問題，同時，標記壓縮算法多了一步，對象移動內(nèi)存位置的步驟，其效率也有有一定的影響。

與復(fù)制算法對比：復(fù)制算法標記完就復(fù)制，但標記整理算法得等把所有存活對象都標記完畢，再進行整理

4 分代收集算法

4.1 概述

在java8時，堆被分為了兩份：新生代和老年代【1：2】，在java7時，還存在一個永久代。

對于新生代，內(nèi)部又被分為了三個區(qū)域。Eden區(qū)，S0區(qū)，S1區(qū)【8：1：1】

當對新生代產(chǎn)生GC：MinorGC【young GC】

當對老年代代產(chǎn)生GC：Major GC

當對新生代和老年代產(chǎn)生FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時間長，應(yīng)盡力避免

4.2工作機制

• 新創(chuàng)建的對象，都會先分配到eden區(qū)
• 當伊甸園內(nèi)存不足，標記伊甸園與 from（現(xiàn)階段沒有）的存活對象
• 將存活對象采用復(fù)制算法復(fù)制到 to 中，復(fù)制完畢后，伊甸園和 from 內(nèi)存都得到釋放
• 經(jīng)過一段時間后伊甸園的內(nèi)存又出現(xiàn)不足，標記eden區(qū)域to區(qū)存活的對象，將存活的對象復(fù)制到from區(qū)
• 當幸存區(qū)對象熬過幾次回收（最多15次），晉升到老年代（幸存區(qū)內(nèi)存不足或大對象會導(dǎo)致提前晉升）

MinorGC、 Mixed GC 、 FullGC的區(qū)別是什么

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• MinorGC【young GC】發(fā)生在新生代的垃圾回收，暫停時間短（STW）
• Mixed GC 新生代 + 老年代部分區(qū)域的垃圾回收，G1 收集器特有
• FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時間長（STW），應(yīng)盡力避免？

名詞解釋：

STW（Stop-The-World）：暫停所有應(yīng)用程序線程，等待垃圾回收的完成

5 說一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

在jvm中，實現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括：

• 串行垃圾收集器
• 并行垃圾收集器
• CMS（并發(fā)）垃圾收集器
• G1垃圾收集器

5.1 串行垃圾收集器

Serial和Serial Old串行垃圾收集器，是指使用單線程進行垃圾回收，堆內(nèi)存較小，適合個人電腦

• Serial 作用于新生代，采用復(fù)制算法
• Serial Old 作用于老年代，采用標記-整理算法

垃圾回收時，只有一個線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停（STW），等待垃圾回收的完成。

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5.2 并行垃圾收集器

Parallel New和Parallel Old是一個并行垃圾回收器，JDK8默認使用此垃圾回收器

• Parallel New作用于新生代，采用復(fù)制算法
• Parallel Old作用于老年代，采用標記-整理算法

垃圾回收時，多個線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停（STW），等待垃圾回收的完成。

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5.3 CMS（并發(fā)）垃圾收集器

CMS全稱 Concurrent Mark Sweep，是一款并發(fā)的、使用標記-清除算法的垃圾回收器，該回收器是針對老年代垃圾回收的，是一款以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器，停頓時間短，用戶體驗就好。其最大特點是在進行垃圾回收時，應(yīng)用仍然能正常運行。

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6 詳細聊一下G1垃圾回收器

6.1 概述

• 應(yīng)用于新生代和老年代，在JDK9之后默認使用****G1
• 劃分成多個區(qū)域，每個區(qū)域都可以充當 eden，survivor，old， humongous，其中 humongous 專為大對象準備
• 采用復(fù)制算法
• 響應(yīng)時間與吞吐量兼顧
• 分成三個階段：新生代回收、并發(fā)標記、混合收集
• 如果并發(fā)失敗（即回收速度趕不上創(chuàng)建新對象速度），會觸發(fā) Full GC

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6.2 Young Collection(年輕代垃圾回收)

• 初始時，所有區(qū)域都處于空閑狀態(tài)

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• 創(chuàng)建了一些對象，挑出一些空閑區(qū)域作為伊甸園區(qū)存儲這些對象

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• 當伊甸園需要垃圾回收時，挑出一個空閑區(qū)域作為幸存區(qū)，用復(fù)制算法復(fù)制存活對象，需要暫停用戶線程

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• 隨著時間流逝，伊甸園的內(nèi)存又有不足
• 將伊甸園以及之前幸存區(qū)中的存活對象，采用復(fù)制算法，復(fù)制到新的幸存區(qū)，其中較老對象晉升至老年代

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6.3 Young Collection + Concurrent Mark (年輕代垃圾回收+并發(fā)標記)

當老年代占用內(nèi)存超過閾值(默認是45%)后，觸發(fā)并發(fā)標記，這時無需暫停用戶線程

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• 并發(fā)標記之后，會有重新標記階段解決漏標問題，此時需要暫停用戶線程。
• 這些都完成后就知道了老年代有哪些存活對象，隨后進入混合收集階段。此時不會對所有老年代區(qū)域進行回收，而是根據(jù)暫停時間目標優(yōu)先回收價值高（存活對象少）的區(qū)域（這也是 Gabage First 名稱的由來）。

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6.4 Mixed Collection (混合垃圾回收)

復(fù)制完成，內(nèi)存得到釋放。進入下一輪的新生代回收、并發(fā)標記、混合收集

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其中H叫做巨型對象，如果對象非常大，會開辟一塊連續(xù)的空間存儲巨型對象

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7. JVM 垃圾回收面試

面試官：簡述Java垃圾回收機制？（GC是什么？為什么要GC）

候選人:

為了讓程序員更專注于代碼的實現(xiàn)，而不用過多的考慮內(nèi)存釋放的問題，所以，在Java語言中，有了自動的垃圾回收機制，也就是我們熟悉的GC(Garbage Collection)。

有了垃圾回收機制后，程序員只需要關(guān)心內(nèi)存的申請即可，內(nèi)存的釋放由系統(tǒng)自動識別完成。

在進行垃圾回收時，不同的對象引用類型，GC會采用不同的回收時機

面試官：對象什么時候可以被垃圾器回收

候選人:

如果一個或多個對象沒有任何的引用指向它了，那么這個對象現(xiàn)在就是垃圾，如果定位了垃圾，則有可能會被垃圾回收器回收。

如果要定位什么是垃圾，有兩種方式來確定，第一個是引用計數(shù)法，第二個是可達性分析算法

通常都使用可達性分析算法來確定是不是垃圾

面試官： JVM 垃圾回收算法有哪些？

候選人:

我記得一共有四種，分別是標記清除算法、復(fù)制算法、標記整理算法、分代回收

面試官： 你能詳細聊一下分代回收嗎？

候選人:

關(guān)于分代回收是這樣的

在java8時，堆被分為了兩份：新生代和老年代，它們默認空間占用比例是1:2

對于新生代，內(nèi)部又被分為了三個區(qū)域。Eden區(qū)，S0區(qū)，S1區(qū)默認空間占用比例是8:1:1

具體的工作機制是有些情況：

1）當創(chuàng)建一個對象的時候，那么這個對象會被分配在新生代的Eden區(qū)。當Eden區(qū)要滿了時候，觸發(fā)YoungGC。

2）當進行YoungGC后，此時在Eden區(qū)存活的對象被移動到S0區(qū)，并且當前對象的年齡會加1，清空Eden區(qū)。

3）當再一次觸發(fā)YoungGC的時候，會把Eden區(qū)中存活下來的對象和S0中的對象，移動到S1區(qū)中，這些對象的年齡會加1，清空Eden區(qū)和S0區(qū)。

4）當再一次觸發(fā)YoungGC的時候，會把Eden區(qū)中存活下來的對象和S1中的對象，移動到S0區(qū)中，這些對象的年齡會加1，清空Eden區(qū)和S1區(qū)。

5）對象的年齡達到了某一個限定的值（默認15歲  ），那么這個對象就會進入到老年代中。

當然也有特殊情況，如果進入Eden區(qū)的是一個大對象，在觸發(fā)YoungGC的時候，會直接存放到老年代

當老年代滿了之后，觸發(fā)FullGC。FullGC同時回收新生代和老年代，當前只會存在一個FullGC的線程進行執(zhí)行，其他的線程全部會被掛起。  我們在程序中要盡量避免FullGC的出現(xiàn)。

面試官：講一下新生代、老年代、永久代的區(qū)別？

候選人:

新生代主要用來存放新生的對象。

老年代主要存放應(yīng)用中生命周期長的內(nèi)存對象。

永久代指的是永久保存區(qū)域。主要存放Class和Meta（元數(shù)據(jù)）的信息。在Java8中，永久代已經(jīng)被移除，取而代之的是一個稱之為“元數(shù)據(jù)區(qū)”（元空間）的區(qū)域。元空間和永久代類似，不過元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存的限制。

面試官：說一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

候選人:

在jvm中，實現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括：串行垃圾收集器、并行垃圾收集器（JDK8默認）、CMS（并發(fā)）垃圾收集器、G1垃圾收集器（JDK9默認）

面試官：Minor GC、Major GC、Full GC是什么

候選人:

嗯，其實它們指的是不同代之間的垃圾回收

Minor GC 發(fā)生在新生代的垃圾回收，暫停時間短

Major GC 老年代區(qū)域的垃圾回收，老年代空間不足時，會先嘗試觸發(fā)Minor GC。Minor GC之后空間還不足，則會觸發(fā)Major GC，Major GC速度比較慢，暫停時間長

Full GC 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時間長，應(yīng)盡力避免