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