GC相关问题
为什么会有新生代?
如果不分代,所有对象全部在一个区域,每次GC都需要对全堆进行扫描,存在效率问题。分代后,可分别控制回收频率,并采用不同的回收算法,确保GC性能全局最优。
为什么新生代会采用复制算法?
新生代的对象朝生夕死,大约90%的新建对象可以被很快回收, 复制算法成本低,同时还能保证空间没有碎片。虽然标记整理算法也可以保证没有碎片,但是由于新生代要清理的对象数量很大,将存活的对象整理到待清理对象之前,需要大量的移动操作,时间复杂度比复制算法高。
为什么新生代需要两个Survivor区?
为了节省空间考虑,如果采用传统的复制算法,只有一个Survivor区,则Survivor区大小需要等于Eden区大小,此时空间消耗是8 * 2,而两块Survivor可以保持新对象始终在Eden区创建,存活对象在Survivor之间转移即可,空间消耗是8+1+1,明显后者的空间利用率更高。
新生代的实际可用空间是多少?
YGC后,总有一块Survivor区是空闲的,因此新生代的可用内存空间是90%。在YGC的log中或者通过 jmap -heap pid 命令查看新生代的空间时,如果发现capacity只有90%,不要觉得奇怪。
Eden区是如何加速内存分配的?
HotSpot虚拟机使用了两种技术来加快内存分配。分别是bump-the-pointer和TLAB(Thread Local Allocation Buffers)。
由于Eden区是连续的,因此bump-the-pointer在对象创建时,只需要检查最后一个对象后面是否有足够的内存即可,从而加快内存分配速度。
TLAB技术是对于多线程而言的,在Eden中为每个线程分配一块区域,减少内存分配时的锁冲突,加快内存分配速度,提升吞吐量。
2. 新生代的4种回收器
SerialGC(串行回收器),最古老的一种,单线程执行,适合单CPU场景。
ParNew(并行回收器),将串行回收器多线程化,适合多CPU场景,需要搭配老年代CMS回收器一起使用。
ParallelGC(并行回收器),和ParNew不同点在于它关注吞吐量,可设置期望的停顿时间,它在工作时会自动调整堆大小和其他参数。
G1(Garage-First回收器),JDK 9及以后版本的默认回收器,兼顾新生代和老年代,将堆拆成一系列Region,不要求内存块连续,新生代仍然是并行收集。
上述回收器均采用复制算法,都是独占式的,执行期间都会Stop The World.
3. YGC的触发时机
当Eden区空间不足时,就会触发YGC。结合新生代对象的内存分配看下详细过程:
1、新对象会先尝试在栈上分配,如果不行则尝试在TLAB分配,否则再看是否满足大对象条件要在老年代分配,最后才考虑在Eden区申请空间。
2、如果Eden区没有合适的空间,则触发YGC。
3、YGC时,对Eden区和From Survivor区的存活对象进行处理,如果满足动态年龄判断的条件或者To Survivor区空间不够则直接进入老年代, 如果老年代空间也不够了,则会发生promotion failed,触发老年代的回收。否则将存活对象复制到To Survivor区。
4、此时Eden区和From Survivor区的剩余对象均为垃圾对象,可直接抹掉回收。
此外,老年代如果采用的是CMS回收器,为了减少CMS Remark阶段的耗时,也有可能会触发一次YGC,这里不作展开。
4. YGC的执行过程
YGC采用的复制算法,主要分成以下两个步骤:
1、查找GC Roots,将其引用的对象拷贝到S1区
2、递归遍历第1步的对象,拷贝其引用的对象到S1区或者晋升到Old区
上述整个过程都是需要暂停业务线程的(STW),不过ParNew等新生代回收器可以多线程并行执行,提高处理效率。
YGC通过可达性分析算法,从GC Root(可达对象的起点)开始向下搜索,标记出当前存活的对象,那么剩下未被标记的对象就是需要回收的对象。
可作为YGC时GC Root的对象包括以下几种:
1、虚拟机栈中引用的对象
2、方法区中静态属性、常量引用的对象
3、 本地方法栈中引用的对象
4、 被Synchronized锁持有的对象
5、 记录当前被加载类的SystemDictionary
6、 记录字符串常量引用的StringTable
7、 存在跨代引用的对象
8、 和GC Root处于同一CardTable的对象
其中1-3是大家容易想到的,而4-8很容易被忽视,却极有可能是分析YGC问题时的线索入口。
另外需要注意的是,针对下图中跨代引用的情况,老年代的对象A也必须作为GC Root的一部分,但是如果每次YGC时都去扫描老年代,肯定存在效率问题。在HotSpotJVM,引入卡表(Card Table)来对跨代引用的标记进行加速。
Card Table,简单理解 是一种空间换时间的思路,因为存在跨代引用的对象大概占比不到1%,因此可将堆空间划分成大小为512字节的卡页,如果卡页中有一个对象存在跨代引用,则可以用1个字节来标识该卡页是dirty状态,卡页状态进一步通过写屏障技术进行维护。
遍历完GC Roots后,便能够找出第一批存活的对象,然后将其拷贝到S1区。接下来,就是一个递归查找和拷贝存活对象的过程。
S1区为了方便维护内存区域,引入了两个指针变量:_saved_mark_word和_top,其中_saved_mark_word表示当前遍历对象的位置,_top表示当前可分配内存的位置,很显然,_saved_mark_word到_top之间的对象都是已拷贝但未扫描的对象。
如上图所示,每次扫描完一个对象,_saved_mark_word会往前移动,期间如果有新对象也会拷贝到S1区,_top也会往前移动,直到_saved_mark_word追上_top,说明S1区所有对象都已经遍历完成。
有一个细节点需要注意的是:拷贝对象的目标空间不一定是S1区,也可能是老年代。如果一个对象的年龄(经历的YGC次数)满足动态年龄判定条件便直接晋升到老年代中。对象的年龄保存在Java对象头的mark word数据结构中(如果大家对Java并发锁熟悉,肯定了解这个数据结构,不熟悉的建议查阅资料了解下,这里不做展开
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