12.垃圾回收相关概念

12.1 System.gc()的概念

在默认情况下，通过system.gc()或者Runtime.getRuntime().gc() 的调用，会显式触发Full GC，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。

然而System.gc() 调用附带一个免责声明，无法保证对垃圾收集器的调用。(不能确保立即生效)

public class SystemGCTest {public static void main(String[] args) {new SystemGCTest();System.gc();// 提醒JVM的垃圾回收器执行gc，但是不确定是否马上执行gc// 与Runtime.getRuntime().gc();的作用一样System.runFinalization();//强制执行使用引用的对象的finalize()方法}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable {super.finalize();System.out.println("SystemGCTest 重写了finalize()");}
}
上面方法中，如果调用的是system.gc()或者Runtime.getRuntime().gc()，那么会不一定会输出"SystemGCTest 重写了finalize（）",但是，如果执行的是System.runFinalization();//强制执行使用引用的对象的finalize()方法，会强制执行垃圾回收.

12.2 内存溢出或者内存泄漏

内存溢出

内存溢出的定义：没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多内存。

内存溢出的原因：

Java虚拟机的堆内存设置不够。

比如：可能存在内存泄漏问题；也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显式指定JVM堆大小或者指定数值偏小。我们可以通过参数-Xms 、-Xmx来调整。
代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）

对于老版本的Oracle JDK，因为永久代的大小是有限的，并且JVM对永久代垃圾回收（如，常量池回收、卸载不再需要的类型）非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现OutOfMemoryError也非常多见，尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合；类似intern字符串缓存占用太多空间，也会导致OOM问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关：“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space"。

随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以相应的ooM有所改观，出现OOM，异常信息则变成了：“java.lang.OutofMemoryError:Metaspace"。直接内存不足，也会导致OOM。

我们去分配一个超大对象，类似一个超大数组超过堆的最大值，JVM可以判断出垃圾收集并不能解决这个问题，所以直接抛出OutOfMemoryError。

内存泄露

内存泄漏的定义：只有对象不会再被程序用到了，但是GC又不能回收他们的情况，才叫内存泄漏。

存泄漏并不会立刻引起程序崩溃，但是一旦发生内存泄漏，程序中的可用内存就会被逐步蚕食，直至耗尽所有内存，最终出现OutOfMemory异常，导致程序崩溃。

内存泄露的举例：

单例模式

单例的生命周期和应用程序是一样长的，所以单例程序中，如果持有对外部对象的引用的话，那么这个外部对象是不能被回收的，则会导致内存泄漏的产生。
一些提供close的资源未关闭导致内存泄漏

数据库连接（dataSourse.getConnection() ），网络连接（socket）和io连接必须手动close，否则是不能被回收的。

12.3 Stop The World

Stop-the-World，简称STW，停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为STW.

可达性分析算法中枚举根节点（GC Roots）会导致所有Java执行线程停顿。

分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行
一致性指整个分析期间整个执行系统看起来像被冻结在某个时间点上
如果出现分析过程中对象引用关系还在不断变化，则分析结果的准确性无法保证

为了保证可达性分析中的一致性才需要STW。

STW事件和采用哪款GC无关，所有的GC都有这个事件。

STW是JVM在后台自动发起和自动完成的。在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉。

开发中不要用System.gc() 会导致Stop-the-World的发生。

12.4 垃圾回收中的并发与并行

并发与并行的关系：

并发，指的是多个事情，在同一时间段内同时发生了。
并行，指的是多个事情，在同一时间点上同时发生了。
并发的多个任务之间是互相抢占资源的。
并行的多个任务之间是不互相抢占资源的。
只有在多CPU或者一个CPU多核的情况中，才会发生并行。
否则，看似同时发生的事情，其实都是并发执行的。

垃圾收集器中的并发与并行：

并发和并行，在谈论垃圾收集器的上下文语境中，它们可以解释如下：

并行（Parallel）

指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍处于等待状态。如ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old；

串行（Serial）

相较于并行的概念，单线程执行。如果内存不够，则程序暂停，启动JM垃圾回收器进行垃圾回收。回收完，再启动程序的线程。

并发（Concurrent）

指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾回收线程在执行时不会停顿用户程序的运行。用户程序在继续运行，而垃圾收集程序线程运行于另一个CPU上；如：CMS、G1

12.5 安全点与安全区域

安全点

程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为“安全点（Safepoint）”。

Safe Point的选择很重要，如果太少可能导致GC等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准。比如：选择一些执行时间较长的指令作为Safe Point，如方法调用、循环跳转和异常跳转等。

抢先式中断：（目前没有虚拟机采用了）

首先中断所有线程。如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点。

主动式中断

设置一个中断标志，各个线程运行到Safe Point的时候主动轮询这个标志，如果中断标志为真，则将自己进行中断挂起。（有轮询的机制）

package com.atguigu.java1;/***  强引用的测试** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  16:05*/
public class StrongReferenceTest {public static void main(String[] args) {StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello,尚硅谷");StringBuffer str1 = str;str = null;System.gc();try {Thread.sleep(3000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println(str1);}
}

强引用对象不会被回收

软引用----内存不足即回收

软引用是用来描述一些还有用，但非必需的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

软引用通常用来实现内存敏感的缓存。比如：高速缓存就有用到软引用。如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。

垃圾回收器在某个时刻决定回收软可达的对象的时候，会清理软引用，并可选地把引用存放到一个引用队列（Reference Queue）。

类似弱引用，只不过Java虚拟机会尽量让软引用的存活时间长一些，迫不得已才清理。

Object obj = new Object(); // 声明强引用
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<>(obj);
obj = null; //销毁强引用

注意要销毁强引用对象

弱引用-----发现即回收

弱引用也是用来描述那些非必需对象，只被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。在系统GC时，只要发现弱引用，不管系统堆空间使用是否充足，都会回收掉只被弱引用关联的对象。

但是，由于垃圾回收器的线程通常优先级很低，因此，并不一定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长的时间。

弱引用和软引用一样，在构造弱引用时，也可以指定一个引用队列，当弱引用对象被回收时，就会加入指定的引用队列，通过这个队列可以跟踪对象的回收情况。

软引用、弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这么做，当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间，从而起到加速系统的作用。

Object obj = new Object(); // 声明强引用
WeakReference<Object> sf = new WeakReference<>(obj);
obj = null; //销毁强引用

都要销毁强引用对象

弱引用对象与软引用对象的最大不同就在于，当GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收软引用对象，而对于弱引用对象，GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收。

面试题：你开发中使用过WeakHashMap吗？

WeakHashMap用来存储图片信息，可以在内存不足的时候，及时回收，避免了OOM

虚引用----对象回收追踪

也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，是所有引用类型中最弱的一个。

一个对象是否有虚引用的存在，完全不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它和没有引用几乎是一样的，随时都可能被垃圾回收器回收。

它不能单独使用，也无法通过虚引用来获取被引用的对象。当试图通过虚引用的get()方法取得对象时，总是null。

为一个对象设置虚引用关联的唯一目的在于跟踪垃圾回收过程。比如：能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

虚引用必须和引用队列一起使用。虚引用在创建时必须提供一个引用队列作为参数。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，就会在回收对象后，将这个虚引用加入引用队列，以通知应用程序对象的回收情况。（这是关键点。）

由于虚引用可以跟踪对象的回收时间，因此，也可以将一些资源释放操作放置在虚引用中执行和记录。

package com.atguigu.java1;import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;/*** 虚引用的测试** @author shkstart  shkstart@126.com* @create 2020  16:07*/
public class PhantomReferenceTest {public static PhantomReferenceTest obj;//当前类对象的声明static ReferenceQueue<PhantomReferenceTest> phantomQueue = null;//引用队列public static class CheckRefQueue extends Thread {@Overridepublic void run() {while (true) {if (phantomQueue != null) {PhantomReference<PhantomReferenceTest> objt = null;try {objt = (PhantomReference<PhantomReferenceTest>) phantomQueue.remove();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}if (objt != null) {System.out.println("追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest实例被GC了");}}}}}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable { //finalize()方法只能被调用一次！super.finalize();System.out.println("调用当前类的finalize()方法");obj = this;}public static void main(String[] args) {Thread t = new CheckRefQueue();t.setDaemon(true);//设置为守护线程：当程序中没有非守护线程时，守护线程也就执行结束。t.start();phantomQueue = new ReferenceQueue<PhantomReferenceTest>();obj = new PhantomReferenceTest();//构造了 PhantomReferenceTest 对象的虚引用，并指定了引用队列PhantomReference<PhantomReferenceTest> phantomRef = new PhantomReference<PhantomReferenceTest>(obj, phantomQueue);try {//不可获取虚引用中的对象System.out.println(phantomRef.get());//将强引用去除obj = null;//第一次进行GC,由于对象可复活，GC无法回收该对象System.gc();Thread.sleep(1000);if (obj == null) {System.out.println("obj 是 null");} else {System.out.println("obj 可用");}System.out.println("第 2 次 gc");obj = null;System.gc(); //一旦将obj对象回收，就会将此虚引用存放到引用队列中。Thread.sleep(1000);if (obj == null) {System.out.println("obj 是 null");} else {System.out.println("obj 可用");}} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}
}

12.7 终结器引用

它用于实现对象的finalize() 方法，也可以称为终结器引用。无需手动编码，其内部配合引用队列使用。

在GC时，终结器引用入队。由Finalizer线程通过终结器引用找到被引用对象调用它的finalize()方法，第二次GC时才回收被引用的对象

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