內(nèi)存泄漏：指的是不再使用的對(duì)象在系統(tǒng)中未被回收，內(nèi)存泄漏的積累可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出

什么是垃圾回收

Java中為了簡化對(duì)象的釋放，引入了自動(dòng)的垃圾回收（Garbage Collection簡稱GC）機(jī)制。通過垃
圾回收器來對(duì)不再使用的對(duì)象完成自動(dòng)的回收，垃圾回收器主要負(fù)責(zé)對(duì)【堆】上的內(nèi)存進(jìn)行回收。其他
很多現(xiàn)代語言比如C#、Python、Go都擁有自己的垃圾回收器。

自動(dòng)垃圾回收 java
自動(dòng)根據(jù)對(duì)象是否使用由虛擬機(jī)來回收對(duì)象
? 優(yōu)點(diǎn)：降低程序員實(shí)現(xiàn)難度、降低對(duì)象回收bug的可能性
? 缺點(diǎn)：程序員無法控制內(nèi)存回收的及時(shí)性

手動(dòng)垃圾回收 C\C++
由程序員編程實(shí)現(xiàn)對(duì)象的刪除
? 優(yōu)點(diǎn)：回收及時(shí)性高，由程序員把控回收的時(shí)機(jī)
? 缺點(diǎn)：編寫不當(dāng)容易出現(xiàn)懸空指針、重復(fù)釋放、內(nèi)存泄漏等問題

Java虛擬機(jī)在運(yùn)行Java程序過程中管理的內(nèi)存區(qū)域，稱之為運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)。線程不共享的部分（程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法區(qū)），都是伴隨著線程的創(chuàng)建而創(chuàng)建，線程的銷毀而銷毀。而方法的棧幀在執(zhí)行完方法之后就會(huì)自動(dòng)彈出棧并釋放掉對(duì)應(yīng)的內(nèi)存。

一、方法區(qū)的回收

方法區(qū)中能回收的內(nèi)容主要就是不再使用的類。判定一個(gè)類可以被卸載，需要同時(shí)滿足三個(gè)條件：

1. 此類所有實(shí)例對(duì)象都已被回收，在堆中不存在任何該類的實(shí)例對(duì)象以及子類對(duì)象。
   

2. 加載該類的類加載器已被回收。
   

3. 該類對(duì)應(yīng)的 java.lang.Class 對(duì)象沒有在任何地方被引用。
   

開發(fā)中此類場(chǎng)景一般很少出現(xiàn)，主要在如OSGi、JSP的熱部署等應(yīng)用場(chǎng)景中。每個(gè)jsp文件對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的類加載器，當(dāng)一個(gè)jsp文件修改了，就直接卸載這個(gè)jsp類加載器。重新創(chuàng)建類加載器，重新加載jsp文件。

手動(dòng)觸發(fā)回收
如果需要手動(dòng)觸發(fā)垃圾回收，可以調(diào)用System.gc()方法。
語法： System.gc()

注意事項(xiàng)：調(diào)用System.gc()方法并不一定會(huì)立即回收垃圾，僅僅是向Java虛擬機(jī)發(fā)送一個(gè)垃圾回收的請(qǐng)求，具體是否需要執(zhí)行垃圾回收J(rèn)ava虛擬機(jī)會(huì)自行判斷。

二、堆回收

1. 如何判斷堆上的對(duì)象可以回收？

Java中的對(duì)象是否能被回收，是根據(jù)對(duì)象是否被引用來決定的。

如果對(duì)象被引用了，說明該對(duì)象還在使用，不允許被回收。
圖中A的實(shí)例對(duì)象要回收，有兩個(gè)引用要去除：

1. 棧中a1變量到對(duì)象的引用 2. B對(duì)象到A對(duì)象的引用
   即 a1 = null; b1.a = null;
   

2. 如何判斷堆上的對(duì)象沒有被引用？

常見的有兩種方法：引用計(jì)數(shù)法、可達(dá)性分析法

2.1 引用計(jì)數(shù)法

會(huì)為每個(gè)對(duì)象維護(hù)一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，當(dāng)對(duì)象被引用時(shí)加1，取消引用時(shí)減1。

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，C++中的智能指針就采用了引用計(jì)數(shù)法
缺點(diǎn)：
1.每次引用和取消引用都需要維護(hù)計(jì)數(shù)器，對(duì)系統(tǒng)性能會(huì)有一定的影響
2.存在循環(huán)引用問題，所謂循環(huán)引用就是當(dāng)A引用B，B同時(shí)引用A時(shí)會(huì)出現(xiàn)對(duì)象無法回收的問題。

查看垃圾回收日志，可以使用-verbose:gc參數(shù)。
語法： -verbose:gc

2.2 可達(dá)性分析法

Java使用的是可達(dá)性分析算法來判斷對(duì)象是否可以被回收。可達(dá)性分析將對(duì)象分為兩類：垃圾回收的根對(duì)象（GC Root）和普通對(duì)象，對(duì)象與對(duì)象之間存在引用關(guān)系。
下圖中A到B再到C和D，形成了一個(gè)引用鏈，可達(dá)性分析算法指的是如果從某個(gè)到GC Root對(duì)象是可達(dá)的，對(duì)象就不可被回收。

哪些對(duì)象被稱之為GC Root對(duì)象呢？
1）線程Thread對(duì)象。引用線程棧幀中的方法參數(shù)、局部變量等

2）系統(tǒng)類加載器加載的java.lang.Class對(duì)象。引用類中的靜態(tài)變量

3）監(jiān)視器對(duì)象，用來保存同步鎖synchronized關(guān)鍵字持有的對(duì)象。

4）本地方法調(diào)用時(shí)使用的全局對(duì)象。

查看GC Root
通過arthas和eclipse Memory Analyzer (MAT) 工具可以查看GC Root，MAT工具是eclipse推出的Java堆內(nèi)存
檢測(cè)工具。具體操作步驟如下：
1、使用arthas的heapdump命令將堆內(nèi)存快照保存到本地磁盤中。
2、使用MAT工具打開堆內(nèi)存快照文件。
3、選擇GC Roots功能查看所有的GC Root。

2.3 幾種常見的對(duì)象引用

可達(dá)性算法中描述的對(duì)象引用，一般指的是強(qiáng)引用，即是GCRoot對(duì)象對(duì)普通對(duì)象有引用關(guān)系，只要這層關(guān)系存在，普通對(duì)象就不會(huì)被回收。
除了強(qiáng)引用之外，Java中還設(shè)計(jì)了幾種其他引用方式：軟引用、弱引用、虛引用、終結(jié)器引用

1）軟引用：
相對(duì)于強(qiáng)引用是一種比較弱的引用關(guān)系，如果一個(gè)對(duì)象只有軟引用關(guān)聯(lián)到它，當(dāng)程序內(nèi)存不足時(shí)，就會(huì)將軟引用中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回收。在JDK 1.2版之后提供了SoftReference類來實(shí)現(xiàn)軟引用，軟引用常用于緩存中

軟引用的執(zhí)行過程如下：
1 將對(duì)象使用軟引用包裝起來，new SoftReference<對(duì)象類型>(對(duì)象)。

2 內(nèi)存不足時(shí)，虛擬機(jī)嘗試進(jìn)行垃圾回收。
3 如果垃圾回收仍不能解決內(nèi)存不足的問題，回收軟引用中的對(duì)象。
4 如果依然內(nèi)存不足，拋出OutOfMemory異常。

軟引用中的對(duì)象如果在內(nèi)存不足時(shí)回收，SoftReference對(duì)象本身也需要被回收。如何知道哪些SoftReference對(duì)象需要回收呢？SoftReference提供了一套隊(duì)列機(jī)制：
1 軟引用創(chuàng)建時(shí)，通過構(gòu)造器傳入引用隊(duì)列
2 在軟引用中包含的對(duì)象被回收時(shí)，該軟引用對(duì)象會(huì)被放入引用隊(duì)列
3 通過代碼遍歷引用隊(duì)列，將SoftReference的強(qiáng)引用刪除

2）弱引用：
整體機(jī)制和軟引用基本一致，區(qū)別在于弱引用包含的對(duì)象在垃圾回收時(shí)，不管內(nèi)存夠不夠都會(huì)直接被回收。在JDK 1.2版之后提供了WeakReference類來實(shí)現(xiàn)弱引用，弱引用主要在ThreadLocal中使用。弱引用對(duì)象本身也可以使用引用隊(duì)列進(jìn)行回收。

3）虛引用和終結(jié)器引用

• 這兩種引用在常規(guī)開發(fā)中不會(huì)使用到，僅了解。
• 虛引用也叫幽靈引用/幻影引用，不能通過虛引用對(duì)象獲取到包含的對(duì)象。虛引用唯一的用途是當(dāng)對(duì)象被垃圾回收器回收時(shí)可以接收到對(duì)應(yīng)的通知。Java中使用PhantomReference實(shí)現(xiàn)了虛引用，直接內(nèi)存中為了及時(shí)知道直接內(nèi)存對(duì)象不再使用，從而回收內(nèi)存，使用了虛引用來實(shí)現(xiàn)。
• 終結(jié)器引用指的是在對(duì)象需要被回收時(shí)，終結(jié)器引用會(huì)關(guān)聯(lián)對(duì)象并放置在Finalizer類中的引用隊(duì)列中，在稍后由一條由FinalizerThread 線程從隊(duì)列中獲取對(duì)象，然后執(zhí)行對(duì)象的finalize方法，在對(duì)象第二次被回收時(shí)，該對(duì)象才真正的被回收。在這個(gè)過程中可以在finalize方法中再將自身對(duì)象使用強(qiáng)引用關(guān)聯(lián)上，但是不建議這樣做。

三、垃圾回收算法

垃圾回收要做的有兩件事：
1）找到內(nèi)存中存活的對(duì)象
2）釋放不再存活對(duì)象的內(nèi)存，使得程序能再次利用這部分空間

四種算法：標(biāo)記-清除算法、復(fù)制算法、標(biāo)記-整理算法、分代GC

垃圾回收算法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Java垃圾回收過程會(huì)通過單獨(dú)的GC線程來完成，但是不管使用哪一種GC算法，都會(huì)有部分階段需要停止所有的用戶線程。這個(gè)過程被稱之為Stop The World簡稱STW，如果STW時(shí)間過長則會(huì)影響用戶的使用。

判斷GC算法是否優(yōu)秀，可以從三個(gè)方面來考慮：
1）吞吐量：指的是 CPU 用于執(zhí)行用戶代碼的時(shí)間與 CPU 總執(zhí)行時(shí)間的比值
即吞吐量 = 執(zhí)行用戶代碼時(shí)間 /（執(zhí)行用戶代碼時(shí)間 + GC時(shí)間）。吞吐量數(shù)值越高，垃圾回收的效率就越高。比如：虛擬機(jī)總共運(yùn)行了 100 分鐘，其中GC花掉 1 分鐘，那么吞吐量就是 99%
2）最大暫停時(shí)間：最大暫停時(shí)間指的是所有在垃圾回收過程中的STW時(shí)間最大值。最大暫停時(shí)間越短，用戶使用系統(tǒng)時(shí)受到的影響就越短。

比如如下的圖中，黃色部分的STW就是最大暫停時(shí)間，顯而易見上面的圖比下面的圖擁有更少的最大暫停時(shí)間。

3）堆使用效率：不同垃圾回收算法，對(duì)堆內(nèi)存的使用方式是不同的。比如標(biāo)記清除算法，可以使用完整的堆內(nèi)存。而復(fù)制算法會(huì)將堆內(nèi)存一分為二，每次只能使用一半內(nèi)存。從堆使用效率上來說，標(biāo)記清除算法要優(yōu)于復(fù)制算法。

上述三種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：堆使用效率、吞吐量，以及最大暫停時(shí)間不可兼得。

一般來說，堆內(nèi)存越大，最大暫停時(shí)間就越長。想要減少最大暫停時(shí)間，就會(huì)降低吞吐量。不同的垃圾回收算法，適用于不同的場(chǎng)景

1. 標(biāo)記清除算法

標(biāo)記清除算法的核心思想分為兩個(gè)階段
1）標(biāo)記階段，將所有存活的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記。Java中使用可達(dá)性分析算法，從GC Root開始通過引用鏈遍歷出所有存活對(duì)象。
2）清除階段，從內(nèi)存中刪除沒有被標(biāo)記也就是非存活對(duì)象

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，只需要在第一階段給每個(gè)對(duì)象維護(hù)標(biāo)志位，第二階段刪除對(duì)象即可。

缺點(diǎn)：1）碎片化問題：由于內(nèi)存是連續(xù)的，所以在對(duì)象被刪除之后，內(nèi)存中會(huì)出現(xiàn)很多細(xì)小的可用內(nèi)存單元。如果我們需要的是一個(gè)比較大的空間，很有可能這些內(nèi)存單元的大小過小無法進(jìn)行分配。

2）分配速度慢：由于內(nèi)存碎片的存在，需要維護(hù)一個(gè)空閑鏈表，極有可能發(fā)生每次需要遍歷到鏈表的最后才能獲得合適的內(nèi)存空間。

2. 復(fù)制算法

復(fù)制算法的核心思想是：
1）準(zhǔn)備兩塊空間From空間和To空間，每次在對(duì)象分配階段，只能使用其中一塊空間（From空間）。
2）在垃圾回收GC階段，將From中存活對(duì)象復(fù)制到To空間。
3）將兩塊空間的From和To名字互換。

完整的復(fù)制算法的例子：
1.將堆內(nèi)存分割成兩塊From空間 To空間，對(duì)象分配階段，創(chuàng)建對(duì)象。
2.GC階段開始，將GC Root搬運(yùn)到To空間
3.將GC Root關(guān)聯(lián)的對(duì)象，搬運(yùn)到To空間
4.清理From空間，并把名稱互換

優(yōu)點(diǎn)：
1）吞吐量高：復(fù)制算法只需要遍歷一次存活對(duì)象復(fù)制到To空間即可，比標(biāo)記-整理算法少了一次遍歷的過程，因而性能較好，但是不如標(biāo)記-清除算法，因?yàn)闃?biāo)記清除算法不需要進(jìn)行對(duì)象的移動(dòng)
2）不會(huì)發(fā)生碎片化：復(fù)制算法在復(fù)制之后就會(huì)將對(duì)象按順序放入To空間中，所以對(duì)象以外的區(qū)域都是可用空間，不存在碎片化內(nèi)存空間。

缺點(diǎn)：內(nèi)存使用效率低，每次只能讓一半的內(nèi)存空間來為創(chuàng)建對(duì)象使用

3. 標(biāo)記整理算法

標(biāo)記整理算法也叫標(biāo)記壓縮算法，是對(duì)標(biāo)記清理算法中容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片問題的一種解決方案。

核心思想分為兩個(gè)階段：
1）標(biāo)記階段，將所有存活的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記。Java中使用可達(dá)性分析算法，從GC Root開始通過引用鏈遍歷出所有存活對(duì)象。
2）整理階段，將存活對(duì)象移動(dòng)到堆的一端。清理掉存活對(duì)象的內(nèi)存空間。

優(yōu)點(diǎn)：
1）整個(gè)堆內(nèi)存都可以使用，不會(huì)像復(fù)制算法只能使用半個(gè)堆內(nèi)存
2）不會(huì)發(fā)生碎片化，在整理階段可以將對(duì)象往內(nèi)存的一側(cè)進(jìn)行移動(dòng)，剩下的空間都是可以分配對(duì)象的有效空間

缺點(diǎn)：整理階段的效率不高。整理算法有很多種，比如Lisp2整理算法需要對(duì)整個(gè)堆中的對(duì)象搜索3次，整體性能不佳?？梢酝ㄟ^Two Finger、表格算法、ImmixGC等高效的整理算法優(yōu)化此階段的性能

4. 分代垃圾回收算法

分代垃圾回收將整個(gè)內(nèi)存區(qū)域劃分為年輕代和老年代：年輕代(新生代) Young區(qū)存放存活時(shí)間比較短的對(duì)象，Old區(qū)老年代存放存活時(shí)間比較長的對(duì)象.

1）分代回收時(shí)，創(chuàng)建出來的對(duì)象，首先會(huì)被放入Eden伊甸園區(qū)。隨著對(duì)象在Eden區(qū)越來越多，如果Eden區(qū)滿，新創(chuàng)建的對(duì)象已經(jīng)無法放入，就會(huì)觸發(fā)年輕代的GC，稱為Minor GC或者Young GC。Minor GC會(huì)把eden區(qū)和From區(qū)（S0）中需要回收的對(duì)象回收，把沒有回收的對(duì)象放入To區(qū)（S1）。

2）接下來，S0會(huì)變成To區(qū)，S1變成From區(qū)。當(dāng)eden區(qū)滿時(shí)再往里放入對(duì)象，依然會(huì)發(fā)生Minor GC。此時(shí)會(huì)回收eden區(qū)和S1(from)中的對(duì)象，并把eden和from區(qū)中剩余的對(duì)象放入S0。每次Minor GC中都會(huì)為對(duì)象記錄他的年齡，初始值為0，每次GC完加1。

3）如果Minor GC后對(duì)象的年齡達(dá)到閾值（最大15，默認(rèn)值和垃圾回收器有關(guān)），對(duì)象就會(huì)被晉升至老年代。當(dāng)老年代中空間不足，無法放入新的對(duì)象時(shí)，先嘗試minor gc如果還是不足，就會(huì)觸發(fā)Full GC，Full GC會(huì)對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行垃圾回收。如果Full GC依然無法回收掉老年代的對(duì)象，那么當(dāng)對(duì)象繼續(xù)放入老年代時(shí)，就會(huì)拋出Out Of Memory異常。

下圖中的程序?yàn)槭裁磿?huì)出現(xiàn)OutOfMemory？

從上圖可以看到，Full GC無法回收掉老年代的對(duì)象，那么當(dāng)對(duì)象繼續(xù)放入老年代時(shí)，就會(huì)拋出Out Of Memory異常。

arthas查看分代之后的內(nèi)存情況：
在JDK8中，添加-XX:+UseSerialGC參數(shù)使用分代回收的垃圾回收器，運(yùn)行程序。
在arthas中使用memory命令查看內(nèi)存，顯示出三個(gè)區(qū)域的內(nèi)存情況。 圖2

調(diào)整內(nèi)存區(qū)域的大小：通過添加jvm啟動(dòng)參數(shù)修改各個(gè)區(qū)域大小和比例。注意加上-XX:+UseSerialGC

為什么分代GC算法要把堆分成年輕代和老年代？

• 系統(tǒng)中的大部分對(duì)象，都是創(chuàng)建出來之后很快就不再使用可以被回收，比如用戶獲取訂單數(shù)據(jù)，訂單數(shù)據(jù)返回給用戶之后就可以釋放了。
• 老年代中會(huì)存放長期存活的對(duì)象，比如Spring的大部分bean對(duì)象，在程序啟動(dòng)之后就不會(huì)被回收了。
• 在虛擬機(jī)的默認(rèn)設(shè)置中，新生代大小要遠(yuǎn)小于老年代的大小。
  
  答：分代GC算法將堆分成年輕代和老年代主要原因有：
  1.可以通過調(diào)整年輕代和老年代的比例來適應(yīng)不同類型的應(yīng)用程序，提高內(nèi)存的利用率和性能。
  2）新生代和老年代使用不同的垃圾回收算法，新生代一般選擇“復(fù)制算法”，老年代可以選擇“標(biāo)記-清除”和“標(biāo)記-整理”算法，由程序員來選擇靈活度較高。
  3）分代的設(shè)計(jì)中允許只回收新生代（minor gc），如果能滿足對(duì)象分配的要求就不需要對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行回收(full gc)，STW時(shí)間就會(huì)減少。